Como pica-paus protegem seu cérebro (Uma aula de engenharia)

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Não, não estamos falando do personagem animado que já cansamos de tanto assistir (pelo menos eu sim!). Estamos falando dos reais, pertencentes à família Picidae, composta por mais de 200 espécies diferentes espalhadas por quase todo o planeta (exceto nas zonas polares e Oceania).

São famosos pelo seu costume de bicar árvores e madeira em geral, em busca de insetos e larvas escondidas e abrir buracos para fazerem o ninho de sua prole. Em um mero segundo, desferem de 18 a 22 bicadas poderosas (o que equivale a 1200 bicadas por minuto, 72.000 por hora). Impressionante, não? Ainda mais se levarmos em consideração a física por trás desse ato: a cada desaceleração, a cabeça do pássaro enfrenta uma força de até 1200 G! Enquanto isso, nós humanos podemos sofrer sérios danos cerebrais com “apenas” 80 ou 100 G. Qual o segredo por trás dessa resistência do pica-pau? Dois pesquisadores, Sang-Hee Yoon e Sungmin Park, da Universidade de Berkeley, através de tomografia computadorizada, analisaram as aves e descobriram 4 fatores engenhosos que salvaguardam o cérebro delas. Não apenas isso, mas engenheiros planejam usar esse design em máquinas perfuradoras de alta precisão e outros equipamentos de alto-impacto. Para testar artificialmente, eles fabricaram uma bala com soluções sintéticas equivalentes aos dos pássaros:

 

http://www.newscientist.com/data/images/ns/cms/dn20088/dn20088-1_811.jpg
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Osso esponjoso (parte roxa na ilustração acima):

Essa estrutura esponjosa impede que as vibrações de baixa frequência atinjam o cérebro da ave. Para reproduzí-la, os engenheiros usaram uma camada com microesferas de vidro sem espaço entre elas (esferas brancas na parte inferior da imagem acima);

Osso hioide:

http://askabiologist.asu.edu/sites/default/files/resources/plosable/Woodpeckers/Woodpecker_Hyoid_journal.pone_.0026490.jpg
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Uma espécie de osso que sustenta a língua do pica-pau e se estende até o topo do seu crânio, dando uma volta na parte traseira do mesmo (letra B da imagem acima), ajuda a distribuir as vibrações do impacto de maneira igual pelo crânio da ave. Os engenheiros usaram camadas de borracha em sua “bala” (em amarelo);

Um bico poderoso:

Estudos realizados pela Universidade do Mississipi/USA 2 revelaram que o bico de pica-paus é composto de três camadas: a externa, composta de escamas de queratina (mesmo material de nossas unhas) sobrepostas contendo brechas onduladas, uma camada intermediária esponjosa, e uma camada inferior óssea. Todo esse conjunto forma uma estrutura leve e altamente resistente, o que é o sonho de consumo para os pesquisadores, que planejam usar o design para construírem capacetes para jogadores de futebol americano mais seguros.

Para simular o bico, os engenheiros revestiram a capsula com uma camada de aço.

 Crânio:

O crânio de pica-paus possui quase nenhum espaço entre si e o cérebro, possuindo pouco fluido cerebrospinal, reduzindo a transmissão de vibrações ao cérebro.

Em sua capsula absorvedora de choque, cientistas utilizaram uma segunda camada de metal para dar um reforço extra.

Utilizando uma pistola de ar de 60 mm, eles testaram a bala projetada, colocando micro-aparelhos eletrônicos no seu interior, para avaliar os danos possíveis. Disparando contra paredes de alumínio, eles descobriram na prática a eficiência desse design: mesmo enfrentando uma força de 60.000 G, os danos e falhas foram reduzidos de 26,4% para apenas 0,7%.

É a natureza dando aula novamente! Acompanhe o pássaro em câmera lenta abaixo:

Referências

Sang-Hee Yoon, Sungmin Park A mechanical analysis of woodpecker drumming and its application to shock-absorbing systems

2 Vanessa Beeson Bird beak’s design may lead to better helmets http://msucares.com/news/print/fwnews/fw14/20140605.html

 

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