Tecnologia Científica

Um projeto biológico para cores resistentes
O estudo mostrou que o besouro tem pequenos micropilares dentro da carapaça - ou na parte superior do exoesqueleto - que dão ao inseto força e flexibilidade para resistir aos danos de maneira muito eficaz.
Por Universidade de Exeter - 17/06/2021


Domínio público

As propriedades mecânicas e ópticas exclusivas encontradas no exoesqueleto de um humilde besouro asiático têm o potencial de oferecer uma nova e fascinante visão sobre como desenvolver novas e eficazes tecnologias bioinspiradas.

O pioneirismo em novas pesquisas por uma equipe de cientistas internacionais, incluindo o professor Pete Vukusic da Universidade de Exeter, revelou uma propriedade distinta e até então desconhecida dentro da carapaça do besouro da flor - um membro da família do besouro escaravelho.

O estudo mostrou que o besouro tem pequenos micropilares dentro da carapaça - ou na parte superior do exoesqueleto - que dão ao inseto força e flexibilidade para resistir aos danos de maneira muito eficaz.

Crucialmente, esses micropilares são incorporados em camadas altamente regulares no exoesqueleto que, ao mesmo tempo, dão ao besouro uma aparência de cor metálica intensamente brilhante.

Para este novo estudo, os cientistas usaram técnicas de modelagem sofisticadas para determinar qual das duas funções - resistência mecânica muito alta ou cor visivelmente brilhante - era mais importante para a sobrevivência do besouro.

Eles descobriram que, embora esses micropilares criem uma resistência altamente aprimorada da casca do besouro, eles eram mais benéficos para otimizar a dispersão da luz colorida que gera sua aparência notável.

A pesquisa foi publicada esta semana no principal jornal, Proceedings of the National Academy of Sciences , PNAS .

O professor Vukusic, um dos três líderes da pesquisa, juntamente com o professor Li na Virginia Tech e o professor Kolle no MIT, disse: "As percepções surpreendentes geradas por esta pesquisa só foram possíveis por meio de um trabalho colaborativo próximo entre Virginia Tech, MIT, Harvard e Exeter , em laboratórios que abrem caminho nas áreas de materiais, mecânica e óptica. Nosso empreendimento de acompanhamento para fazer uso desses princípios bioinspirados será uma jornada ainda mais emocionante. ".

As sementes da pesquisa pioneira foram plantadas há mais de 16 anos, como parte de um pequeno projeto criado pelo professor Vukusic nos laboratórios de Física da graduação de Exeter. Esses primeiros testes e medidas, feitos por entusiastas estudantes de graduação, revelaram a possibilidade de uma multifuncionalidade intrigante.

Os alunos originais examinaram a forma e a estrutura da carapaça dos besouros para tentar entender a origem simples de sua cor. Eles notaram pela primeira vez, no entanto, a presença de micropilares indutores de força.

O Professor Vukusic finalmente levou essas descobertas iniciais aos colaboradores Professor Ling Li da Virginia Tech e ao Professor Mathias Kolle de Harvard e depois ao MIT, que se especializaram em ciências de materiais e óptica aplicada. Usando técnicas de medição e modelagem muito mais sofisticadas, a equipe de pesquisa combinada também confirmou o papel único desempenhado pelos micropilares em aumentar a força e a tenacidade dos besouros sem comprometer sua intensa cor metálica.

Os resultados do estudo também podem ajudar a inspirar uma nova geração de materiais bioinspirados, bem como a pesquisa evolutiva mais tradicional.

Ao compreender qual das funções fornece o maior benefício para esses besouros , os cientistas podem desenvolver novas técnicas para replicar e reproduzir a estrutura do exoesqueleto, garantindo que tenha uma aparência de cor brilhante com força e tenacidade altamente eficazes.

O professor Vukusic acrescentou: "Sistemas naturais como esses nunca deixam de impressionar com a maneira como atuam, seja ótica, mecânica ou em outra área de função. A maneira como suas propriedades ópticas ou mecânicas parecem altamente tolerantes a todos os tipos de imperfeições também continua a nos oferecer lições sobre os caminhos científicos e tecnológicos que devemos explorar. Há uma ciência empolgante à nossa frente nesta jornada. "

"Cor resistente: projeto microestrutural para multifuncionalidade óptico-mecânica no exoesqueleto do besouro das flores Torynorrhina flammea" é publicado no PNAS .

 

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