A descoberta da estrutura única dos bigodes destes animais será útil no desenvolvimento de sensores robóticos.
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Um estudo publicado na revista Science revela que os cerca de mil bigodes da tromba do elefante têm uma estrutura única, que lhes permite “cartografar” o ponto exato de contacto. A descoberta ajuda a explicar a delicadeza com que manipulam objetos e pode inspirar novas tecnologias robóticas.
Os elefantes conseguem feitos improváveis: apanhar um nacho sem o partir ou agarrar um amendoim com precisão.
A explicação está nos pequenos pelos da tromba, ou vibrissas. Os cerca de mil bigodes que cobrem a tromba possuem propriedades materiais invulgares que amplificam o sentido do tato, o que compensa a pele grossa e visão deficiente.
Um novo estudo liderado pelo Departamento de Inteligência Háptica do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes revela que cada bigode funciona como um sensor natural altamente sofisticado.
Rígido na base, macio na ponta
Ao contrário do que acontece nos ratos, cujos bigodes são uniformemente rígidos, os bigodes dos elefantes – e também dos gatos domésticos – apresentam um “gradiente funcional”: começam rígidos na base e tornam-se progressivamente macios na ponta.
Esta característica traz três vantagens fundamentais:
- facilita o deslizamento por superfícies
- reduz o risco de quebra
- cria um “código” físico que indica onde ocorreu o contacto ao longo do bigode
Segundo os investigadores, é este gradiente de rigidez que permite ao elefante saber exatamente onde tocou num objeto, quase como se tivesse um mapa incorporado em cada vibrissa.
NANO A.POSADA
Uma arquitetura surpreendente
A equipa analisou bigodes com cerca de cinco centímetros recorrendo a microtomografia computorizada e a técnicas de nanoindentação, com resolução até um nanómetro.
Esperavam encontrar uma estrutura semelhante à dos roedores, mas foram surpreendidos.
A equipa estudo bigodes de elefante de várias partes da tromba.
Wolfram Scheible
Os bigodes do elefante são grossos, achatados, com base oca e canais internos longos. A estrutura lembra a dos chifres de ovelha ou dos cascos de cavalo. Esta arquitetura porosa reduz o peso e aumenta a resistência ao impacto.
A experiência da “varinha de bigode”
Para perceber o impacto do gradiente de rigidez na perceção tátil, os investigadores imprimiram em 3D um modelo ampliado de um bigode, com base rígida e ponta macia.
Ao experimentar o protótipo, a professora Katherine J. Kuchenbecker percebeu algo inesperado: tocar numa superfície com a ponta produzia uma sensação suave, enquanto a base transmitia uma sensação mais intensa e precisa. Era possível distinguir o ponto de contacto sem olhar.
Katherine J. Kuchenbecker e Andrew K. Schulz com a varinha sensorial impressa em 3D que ajudou a equipa de investigação a compreender como um gradiente funcional de rigidez do material facilita a perceção sensorial nos bigodes de elefantes e gatos.
Wolfram Scheible
As simulações computacionais confirmaram a intuição: a transição de rígido para macio facilita a identificação do local exato de toque e permite respostas motoras mais precisas.
Da natureza para a robótica
A investigação junta engenheiros, cientistas de materiais e neurocientistas do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, da Universidade Humboldt de Berlim e da Universidade de Estugarda.
O objetivo agora é aplicar este princípio em sensores robóticos: sistemas com gradientes artificiais de rigidez poderão fornecer informação tátil precisa, através de um design inteligente de materiais.
Além da engenharia, a descoberta abre novas pistas na neurociência, ao ajudar a compreender como as propriedades físicas das vibrissas influenciam o processamento sensorial no cérebro.
