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Das patas das lagartixas à física: como a gravidade afeta as lagartixas?
As lagartixas têm uma estrutura única em seus pés em todo o reino animal que lhes permite escalar em quase todos os tipos de superfícies. Isso não é apenas uma maravilha biológica, mas também tem relevância próxima para a física. Quando nos aprofundamos na mecânica de como as lagartixas escalam, descobrimos muitos princípios científicos, especialmente a gravidade e seu efeito sobre as lagartixas.
Os pés das lagartixas podem aderir a quase todos os materiais, um fenômeno devido à sua estrutura especial e propriedades físicas.
Contexto
As lagartixas pertencem à família Gekkonidae e são encontradas em regiões temperadas e tropicais. Atualmente, há mais de 1.000 espécies conhecidas de lagartixas. Eles vêm em uma variedade de cores e formas e são conhecidos por serem onívoros, alimentando-se principalmente de insetos e vermes. A maioria dessas espécies, incluindo a famosa lagartixa-de-crista (Correlophus ciliatus), tem excelentes habilidades de escalada.
Estrutura
Estrutura química
As solas dos pés das lagartixas são cobertas por pequenas estruturas semelhantes a pelos, chamadas cerdas. Essas estruturas aumentam as forças de van der Waals, um tipo de atração baseada na distância entre átomos ou moléculas, entre o material e a superfície que ele está escalando. As cerdas são compostas de β-queratina, que é semelhante à α-queratina da pele e unhas humanas. Por meio dessa estrutura, as lagartixas podem obter forte adesão.
Estrutura Física
As solas dos pés das lagartixas são compostas por dezenas de milhares de estruturas semelhantes a pelos, cada cerda tem cerca de 5 mm de comprimento e não é nem de longe tão fina quanto o cabelo humano. No final da seta há cerca de 1.000 pequenas estruturas em forma de triângulos isósceles, chamadas espátulas. Essas espátulas são capazes de gerar forças de van der Waals quando em contato com uma superfície, aumentando a aderência e, assim, conseguindo suportar todo o peso do seu corpo.
Uma única cerda pode suportar um peso máximo de 20 mg, enquanto uma lagartixa, com a ajuda de milhões de cerdas, pode suportar um peso de cerca de 140 kg.
Forças de Van der Waals
Interações de superfície
A interação entre as cerdas da lagartixa e a parede é muito mais complexa do que um simples efeito de área de superfície. Com cerca de 14.000 setas, cada uma com centenas de espátulas, essa estrutura ajuda a suavizar a aspereza da parede e melhorar o desempenho de adesão da lagartixa.
Fatores que afetam a adesão
A capacidade de adesão de uma lagartixa é influenciada por uma variedade de fatores, incluindo a aspereza da superfície, substâncias adsorvidas (como partículas ou umidade), a área de contato entre os pés da lagartixa e a superfície e a natureza gradiente do material.
A influência da gravidade
A gravidade é, sem dúvida, um fator importante na descrição do processo de escalada das lagartixas. Ao escalar, as lagartixas não só precisam superar o peso de seus corpos, mas também precisam usar efetivamente seus mecanismos exclusivos de fixação para resistir aos efeitos da gravidade. O sucesso deste esporte é baseado na sinergia de sua estrutura corporal e propriedades físicas únicas.
Quando as lagartixas escalam, sua espátula faz contato com a superfície, compensando os efeitos adversos da gravidade e esse é o segredo de sua escalada bem-sucedida.
Revelações futuras
Com uma compreensão mais profunda da capacidade de escalada da lagartixa, os cientistas começaram a explorar a aplicação desse princípio em diferentes campos, como biônica e nanotecnologia. O desenvolvimento de materiais adesivos mais eficientes, ou mesmo a imitação direta do mecanismo de escalada das lagartixas, promoverá o avanço de muitas tecnologias.
Então, o design natural das lagartixas pode nos inspirar a criar aplicações tecnológicas mais poderosas e flexíveis?
