CapÃtulo 1 : Biomimética
Emular os modelos, processos e componentes da natureza com o objetivo de encontrar soluções para questões humanas difíceis é precisamente o que a biomimética, também conhecida como biomimética, é tudo sobre. Tanto a "biomimética" quanto a "biomimética" têm suas origens no grego antigo: ß?o? (bios), que significa vida, e µ?µ?s?? (mimesis), que significa imitação. Estes nomes têm origem na palavra grega µ?µe?s?a? (mimeisthai), que significa imitar, e µ?µ?? (mimos), que significa ator. A biónica é um campo que está intimamente relacionado com este.
Ao longo dos 3,8 bilhões de anos que se passaram desde que se pensa que a vida evoluiu pela primeira vez na Terra, a natureza passou pelo processo de evolução. Desenvolveu espécies que são altamente eficazes, fazendo uso de recursos que estão prontamente disponíveis. As propriedades dos materiais são derivadas das interações que ocorrem entre as superfícies de sólidos e outras superfícies, bem como os arredores. A organização dos materiais biológicos é extremamente complexa, variando desde as dimensões molecular até as nano, micro e macro. Estes materiais são frequentemente organizados de forma hierárquica e a sua nanoarquitetura é sofisticada. No final, são compostos por uma grande variedade de componentes funcionais diversos. Os materiais e as superfícies têm características que são consequência de uma interação complexa entre a estrutura e morfologia da superfície, bem como as propriedades físicas e químicas do material. Uma grande variedade de materiais, superfícies e objetos em geral são capazes de desempenhar muitas funções.
Uma ampla gama de materiais, estruturas e gadgets foram fabricados para fins comerciais por engenheiros, cientistas de materiais, químicos e biólogos. Além disso, artistas e arquitetos criaram essas coisas em prol da beleza, estrutura e design através de seu trabalho. Capacidades de auto-cura, tolerância e resistência à exposição ambiental, hidrofobicidade, auto-montagem e a capacidade de capturar energia solar são apenas algumas das dificuldades de engenharia que a natureza tem lidado. A influência que os materiais e superfícies bioinspirados têm na economia é substancial, com estimativas que variam de várias centenas de bilhões de dólares anualmente no resto do mundo.
Um dos primeiros exemplos de biomimética refere-se ao estudo de aves com o objetivo de desenvolver capacidades de voo para humanos. Leonardo da Vinci (1452-1519) foi um observador atento da anatomia e do voo das aves. Ele criou várias notas e esboços sobre suas observações, bem como esboços de "máquinas voadoras". Apesar do fato de que ele nunca foi bem sucedido no desenvolvimento de uma "máquina voadora", ele foi o criador de inúmeros esboços de máquinas voadoras. Observações de pombos em voo teriam servido como fonte de inspiração para os irmãos Wright, que foram bem-sucedidos em voar a primeira aeronave mais pesada do que o ar no ano de 1903.
Otto Schmitt, um biofísico e polímata americano, é creditado por desenvolver a ideia de "biomimética" na década de 1950. Sua pesquisa de dissertação levou ao desenvolvimento do gatilho de Schmitt, que ele criou analisando os nervos encontrados na lula. Ele estava procurando projetar um dispositivo que imitasse o sistema biológico responsável pela propagação nervosa. Ele continuou a se concentrar no desenvolvimento de máquinas que são capazes de imitar processos naturais, e no ano de 1957, ele tinha reconhecido uma alternativa ao ponto de vista convencional da biofísica na época, que ele mais tarde viria a se referir como biomimética.
É mais correto dizer que a biofísica é um ponto de vista do que uma coleção de fatos. Em outras palavras, é um método que aplica a teoria e a tecnologia das ciências físicas às dificuldades que surgem no campo da pesquisa biológica. A biofísica, por outro lado, é também um método que um biólogo leva a problemas que estão associados à ciência física e à engenharia, apesar de este elemento ter sido geralmente ignorado.
Em 1960, Jack E. Steele, que trabalhava na Base da Força Aérea Wright-Patterson em Dayton, Ohio, criou um termo que era muito semelhante à biônica. Otto Schmitt também trabalhava lá na época. Steele caracterizou a biônica em termos de "a ciência de sistemas que têm alguma função copiada da natureza, ou que representam características de sistemas naturais ou seus análogos". Numa reunião posterior, em 1963, Schmitt fez a seguinte declaração:
Com o propósito de fazer uso efetivo da competência técnica de cientistas especializados em, ou melhor, devo dizer, desespecializando-se neste campo de pesquisa, vamos levar em consideração o que o termo "biônica" passou a significar em termos de seu significado operacional, bem como o que ele ou uma palavra que é semelhante a ele (eu prefiro biomimética) deve significar.
O termo "biomimético" foi usado pela primeira vez por Schmitt no título de um de seus artigos em 1969 e, em 1974, entrou no Webster's Dictionary. Dentro do mesmo léxico, a biônica foi descrita pela primeira vez como "uma ciência preocupada com a aplicação de dados sobre o funcionamento de sistemas biológicos para a solução de problemas de engenharia" no ano de 1960. O termo "biônico" ganhou um novo significado depois que Martin Caidin fez uma referência a Jack Steele e seu trabalho no romance Cyborg, que foi então adaptado para a série de televisão The Six Million Dollar Man e seus spin-offs em 1974. "o uso de partes artificiais do corpo operadas eletronicamente" e "ter poderes humanos comuns aumentados por ou como que pelo auxílio de tais dispositivos" são duas das definições que passaram a ser conectadas com o termo "biônico". Devido ao fato de que o termo "biônico" passou a ser associado ao poder sobrenatural, a comunidade científica em nações onde o inglês é a língua principal o abandonou.
Biomimética foi introduzida pela primeira vez ao público no ano de 1982. Em seu livro publicado em 1997, intitulado "Biomimicry: Innovation Inspired by Nature", a cientista e autora Janine Benyus é creditada por popularizar o conceito de biomimética. A biomimética é descrita como uma "nova ciência que estuda os modelos da natureza e depois imita ou se inspira nesses projetos e processos para resolver problemas humanos", de acordo com a definição do livro. O conceito de olhar para a natureza como um "Modelo, Medida e Mentor" é incentivado por Benyus, que também destaca a importância da sustentabilidade como objetivo da biomimética.
Uma descrição de "managemANT" foi desenvolvida por Johannes-Paul Fladerer e Ernst Kurzmann, e é considerada um dos exemplos mais recentes de biomimética. A expressão "gestão" é uma combinação das palavras "formiga" e "gestão", e refere-se à utilização dos métodos comportamentais das formigas em estratégias econômicas e de gestão. A quantificação dos possíveis efeitos a longo prazo da biomimética foi incluída num relatório encomendado pelo Jardim Zoológico de San Diego em 2013 e publicado pelo Fermanian Business & Economic Institute. Os resultados forneceram evidências dos potenciais benefícios econômicos e ambientais da biomimética, que podem ser observados na estratégia "managemANT" desenvolvida por Johannes-Paul Fladerer e Ernst Kurzmann. As táticas econômicas e de gestão que são utilizadas nesta abordagem são baseadas nas estratégias comportamentais que as formigas empregam.
De fato, a biomimética tem o potencial de ser utilizada em uma ampla variedade de domínios. Existe uma enorme variedade de características que podem ser imitadas em sistemas biológicos devido à diversidade e complexidade destes sistemas. Existem vários estágios diferentes de desenvolvimento em que as aplicações biomiméticas estão agora, desde inovações que poderiam se tornar comercialmente utilizáveis até protótipos. Ele foi re-derivado para fornecer fórmulas simples para o tubo ou diâmetro do tubo, o que dá um sistema de engenharia de massa mínima. A lei de Murray, que em sua forma usual determinava o diâmetro ideal dos vasos sanguíneos, foi rederivada.
Pássaros e morcegos estão servindo como fonte de inspiração para o design de asas de aeronaves e técnicas de voo. Foi o bico do pássaro-guarda-rios que serviu de inspiração para a aerodinâmica do design aerodinâmico da Série Shinkansen 500, que é um trem de alta velocidade japonês aprimorado.
Entre os biorobôs que se baseiam na fisiologia e métodos de locomoção dos animais estão os seguintes: BionicKangaroo, que se move como um canguru, economizando energia de um salto e transferindo-a para o próximo salto; Kamigami Robots, um brinquedo infantil, imita a locomoção de baratas para correr de forma rápida e eficiente sobre superfícies internas e externas; e o Pleobot, um robô inspirado no camarão que é usado para estudar a natação metacronal e os impactos ecológicos desta marcha propulsora no ambiente.
Exemplos de mamíferos voadores, aves ou insetos servem como fonte de inspiração para BFRs. Quando se trata de BFRs, eles podem ser operados por hélices ou ter asas que abrem, que são responsáveis por produzir sustentação e empuxo. Os BFRs com asas batendo têm maior eficiência de curso, maior capacidade de manobra e menor consumo de energia, em contraste com BFRs operados por hélice. Existem semelhanças nas características de voo e preocupações de design dos BFRs que são influenciados por aves e mamíferos. Ao aumentar a rigidez da borda da asa e das pontas das asas, por exemplo, os BFRs inspirados em mamíferos e aves reduzem a quantidade de vibração das bordas e a ondulação...
