Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Tomando uma pancada: como os Woodpeckers evitam os abalos

Pica-pau Pileated. Foto de Dick Daniels.

Eu assisti recentemente um pica-pau bater seu bico contra a borda de metal de um prédio. Um pica-pau encontra uma árvore adequada (ou, no caso do meu pássaro, um pedaço de metal) que amplifica enormemente sua bateria. Eles precisam ser ouvidos em todo o território para que possam atrair as fêmeas e alertar outros homens para que se afastem. Como observador de pássaros, considero essa bateria territorial como certa. Mas, como alguém interessado em aprender com a natureza, tenho que ficar impressionado com o fato de essas aves não se ferirem no cérebro.

Um pica-pau bate 18 a 22 vezes por segundo com uma desaceleração de 1200 G’s. Para comparação, isso é mais de 12 vezes a força-G que resulta em uma concussão cerebral para um ser humano. Quatro estratégias recentemente adicionadas ao AskNature descrevem adaptações do pica-pau que protegem coletivamente o cérebro de lesões.

Cada adaptação ou estratégia pode inspirar formas de prevenir danos causados ​​por impacto e vibração em dispositivos como eletrônicos micro-usinados, gabinetes de computador, capacetes de bicicleta, assentos infantis, cadeiras de rodas, pára-choques de carros e caminhões, cascos de barcos de alta velocidade e seus ocupantes. joelhos e articulações - especialmente para pessoas que sofrem de artrite - e embalagem para proteger todos os itens quebráveis, como vidro, ovos, etc.

Uma estratégia do pica-pau tem a ver com a forma do bico e a composição do material. Uma segunda estratégia é a combinação do pequeno volume do espaço craniano do pica-pau e a área lisa da superfície do cérebro. Uma terceira estratégia usa um osso esponjoso em forma de placa na área frontal do próprio crânio para absorver o choque. A última estratégia apresenta um osso longo e flexível que envolve a cabeça do pica-pau e protege e direciona as forças vibracionais para longe do cérebro.

Eu vou falar sobre a primeira estratégia e mostrar como, quando você faz biomimética, você pode adotar uma estratégia biológica e traduzi-la em algo que um designer ou engenheiro possa usar.

Como explicado no AskNature, o bico do pica-pau é composto de duas camadas: uma camada interna de osso forte e denso e uma camada externa de material mais flexível. A camada externa é a primeira a encontrar forças de impacto. O tecido flexível permite que o bico suporte altas quantidades de tensão e reduz o risco de choque dobrando e flexionando a cada transmissão vibracional. Uma vez que as forças atingem o osso duro, o bico superior se cruza com um osso muito fino chamado osso hióide que passa por cima e por trás do crânio. As forças viajam ao longo do osso hióide, desviando-se do crânio e voltando pela língua.

Influência direcional das forças exercidas pelo osso hióide. Ilustrador e detentor dos direitos autorais: Allison Miller. Cortesia do Instituto Biomimética 3.8.

À medida que as forças continuam a percorrer o bico superior, aquelas que não foram desviadas encontram o bico inferior. Seguindo o caminho de menor resistência, as forças vibracionais seguem a inclinação descendente da forma do bico e afastam-se do espaço craniano onde o cérebro está.

Desvio de forças pelo bico inferior. Ilustrador e detentor dos direitos autorais: Allison Miller. Cortesia do Instituto Biomimética 3.8.

Na biomimética, é importante pegar esse tipo de informação biológica e colocá-la em termos não biológicos. Chamamos essa reformulação de um "princípio de design".

Então, aqui está como eu interpreto essa estratégia do pica-pau como um princípio de design: Proteção contra impacto, particularmente de forças horizontais repentinas aplicadas a uma extremidade de uma estrutura, pode ser alcançada tendo uma estrutura composta de uma camada flexível externa e uma camada interna mais rígida. camada. Quando uma força horizontal rápida é aplicada perpendicularmente ao final da estrutura, a força é absorvida primeiro pela camada flexível e depois transferida para a camada interna rígida. A partir daí, a força é desviada para cima e para baixo, onde se dissipa.

A biologia se foi e agora está em termos que podem não espantar um designer. Essa quantidade de detalhes pode ser suficiente ou alguns aplicativos, como para uso na capa protetora de um computador laptop. No entanto, para algo mais complicado, como um capacete de bicicleta projetado para proteger seu próprio cérebro, um princípio de design mais detalhado pode ser valioso, como aquele que inclui a descrição do osso longo e flexível.

A biomimética é um processo multidisciplinar. O biólogo ajuda os outros membros da equipe a entender a biologia, mas desenvolver o princípio do design e criar possíveis aplicativos funciona melhor com as outras disciplinas envolvidas. Apresentei essas quatro estratégias para profissionais de biomimética em um dos grupos de biomimética do LinkedIn e eles apresentaram a maioria dos possíveis aplicativos mencionados anteriormente no artigo. Eu adoraria ouvir suas ideias para essa ou as outras três estratégias.

Usado com permissão do DigiMorph.org.

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