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| Copiando o design da natureza |
O
termo biomimética provém da combinação das palavras gregas bios, que significa vida, e mimesis,
que significa imitação. Dito de modo simples, é a imitação da vida. A
biomimética é uma nova área da ciência que estuda as estruturas biológicas e suas
funções, procurando aprender com a natureza (e não sobre ela) e utilizar esse
conhecimento em diferentes domínios da ciência para o desenvolvimento de
soluções para os problemas humanos.[1, 2] Conforme afirmou o biólogo evolutivo
Marc Weissburg, co-diretor do Centro de Design Biologicamente Inspirado do
Instituto de Tecnologia da Geórgia, “todo organismo encontra-se projetado para
resolver um problema”.[3] Janine
Benyus, escritora científica e fundadora do Instituto de Biomimética (Montana,
EUA), defende em seu livro Biomimética:
Inovação Inspirada pela Natureza que, “diferentemente da Revolução
Industrial, a Revolução Biomimética inaugura uma era cujas bases assentam não
naquilo que podemos extrair da natureza, mas no que podemos aprender com ela”.[4:
p. 10] Para o biólogo Dr. Phil Gates, professor da Universidade de Durham, “muitas
das nossas melhores invenções foram copiadas de outros seres vivos ou já são
utilizadas por eles. [...] Em algum lugar, entre os milhões de organismos que
ainda não foram descobertos, há invenções naturais que poderiam melhorar nossa
vida. Elas poderiam fornecer novos medicamentos, materiais de construção, modos
de controle de pragas e lidar com a poluição”.[5: p. 5]
Foi
pensando na otimização dessas ideias inspiradoras da natureza que alguns
cientistas criaram um banco de dados que já catalogou milhares de diferentes
sistemas biológicos.[6] Um prático banco de dados para pesquisadores encontrar
“soluções naturais para seus problemas de projeto”, diz a revista The Economist.[7] Os sistemas naturais
mantidos nesse banco de dados são conhecidos como patentes biológicas. Sobre
esse banco de dados de patentes biológicas, The
Economist diz: “Por chamarem de ‘patentes biológicas’ as geniais ideias
biomiméticas, os pesquisadores estão na realidade dizendo que a natureza é a
legítima detentora dessas patentes.”
Por
outro lado, é curioso notar que frequentemente cientistas afirmam que não há design real na natureza. Richard Dawkins,
por exemplo, disse que o design que
vemos em organismos vivos é ilusão: “A ilusão de design é tão bem-sucedida que a maior parte dos americanos hoje
[...] teimosamente se recusa a acreditar que é uma ilusão.”[8: p. 35] Ele
acrescenta que “a ilusão [de design]
é tão poderosa que enganou as mentes mais brilhantes durante séculos, até que
Charles Darwin apareceu em cena”.[9: p. 416] A comunidade científica endossa
esta tese: não existem sinais de inteligência empiricamente detectados na
natureza.[10]
Conforme
indaga o historiador da ciência Enézio Eugênio de Almeida Filho, se o design é “ilusão”, por que buscar design inteligente na natureza? A ideia
de “ilusão” vai contra o que se observa atualmente nas pesquisas aplicadas,
pois, na prática, a biomimética é a certeza de que o objeto que se está a
imitar possui design suficientemente
bom para ser copiado. Um cientista não pode negar que, ao detectar o design “ilusório”, ele parte
imediatamente para pesquisas visando a avançar o conhecimento científico,
realizar aplicações práticas e, consequentemente, fornecer melhorias para a
humanidade.[10] Então, o design é “ilusão”,
mas é prático? Como isso é possível?
De
insetos a mamíferos, tudo na natureza está agora sendo visto sob nova
perspectiva: agentes de inovação com quem os humanos podem aprender. Assim, apresento
a seguir apenas alguns exemplos de pesquisas aplicadas dentre os milhares de estudos
biomiméticos publicados ao longo da última década:
Plantas (e a tecnologia de
coleta de água do ar): algumas plantas possuem “cabelos”
minúsculos (microfibras) em suas folhas que servem para recolher água doce do
ar. As plantas que vivem em regiões áridas e montanhosas do planeta necessitam
desse mecanismo para sobrevivência, mas até então não se sabia exatamente como
conseguiam essa façanha. Os cientistas descobriram que as microfibras são
responsáveis tanto pelo armazenamento quanto pela liberação de água.[12] Em
épocas secas, a água armazenada é liberada para a folha. Essa tecnologia
permitirá a construção de um aparelho capaz de coletar a água do ar para
aliviar a escassez de água no mundo.
Plantas (e o reator que produz
biocombustível solar): cientistas desenvolveram um reator capaz
de produzir combustível líquido parecido com o conceito de fotossíntese
artificial.[13, 14] O reator produz combustível usando a luz do sol, dióxido de
carbono e água, mais um composto chamado óxido cérico. O combustível são
hidrocarbonos, similares ao petróleo e aos bio-óleos. A distância da
fotossíntese real ainda é gigantesca, mas a ideia de imitar a forma de
conseguir energia tal como a das plantas parece ser um caminho mais concreto do
que as “formas alternativas” já desenvolvidas pelo ser humano.
Planta Drosera (e os adesivos
de aplicações biomédicas): os tentáculos que saem da planta carnívora
Drosera secretam um adesivo poderoso capaz de esticar um milhão de vezes seu
tamanho. Cientistas buscaram aprender com os princípios biológicos dessa planta
e aplicar engenharia para desenvolver um produto que utiliza os mesmos
compostos.[16] Essa elasticidade notável faz o adesivo produzido pela planta
ser uma escolha potencialmente eficaz para o revestimento de substituições de
partes do corpo (quadris ou joelhos artificiais), para regenerar tecidos
mortos, para curar feridas e melhorar adesivos sintéticos.
Planta Teixo (e os
anticancerígenos): o taxol, extraído da casca do Teixo do Pacífico
(Taxus brevifolia), é um importante
medicamento natural anticancerígeno usado no tratamento contra o câncer de
ovário e de mama.[17] Para Gordon Cragg, chefe da divisão de produtos naturais
do National Cancer Laboratory (EUA), “a natureza é o químico supremo. Com o
devido respeito ao talento dos químicos, não creio que eles fossem capazes de
criar uma molécula como a do taxol”.[4: p. 149] O taxol compõe a lista da
Organização Mundial da Saúde.[18] Em 2004, essa tecnologia foi premiada com o
Presidential Green Chemistry Challenge Award (Prêmio Desafio em Química Verde).
Insetos (e a nova geração de
aparelhos auditivos): cientistas criaram um sistema de aparelho
auditivo moderno com base em um microfone inspirado em um inseto amarelo (Ormia ochracea) fêmea, a fim de resolver
o problema de localização de sons e eliminar o ruído de fundo.[20] Esse projeto
possui design inovador e usa um
microfone direcional em miniatura, semelhante ao do ouvido de um inseto. O
projeto também vai investigar técnicas de impressão 3D para otimizar o design do aparelho auditivo para que ele
funcione melhor acusticamente em conjunto com o novo microfone. A promessa é a
de que essa tecnologia aumentará a qualidade do apoio oferecido às pessoas
afetadas pela perda auditiva.
Insetos (e os nanofilmes
hidrofóbicos): a fim de projetar superfícies repelentes à
água, cientistas se inspiraram nas propriedades hidrofóbicas de insetos
aquáticos como a aranha-d’água, que andam sobre a água, e de borboletas que sacodem
a água de suas asas.[21] Após as análises, foi possível criar uma fina película
(nanofilme) repelente à água com a capacidade de controlar a direção de
transporte do líquido. Essa tecnologia oferece a possibilidade de avanços
significativos para a produção de novas gerações de revestimentos para
aplicações navais, médicas e de energia.
Asas de gafanhoto (e os robôs
voadores): cientistas estudaram a aerodinâmica das asas do gafanhoto e
descobriram que eles voam durante muito tempo com muito pouca energia.[22]
Infelizmente, para os engenheiros, a análise revelou também que a complexidade
da venação das asas do inseto afeta diretamente a aerodinâmica – mudam
radicalmente suas formas durante o vôo – graças à deformação da asa, o que torna
difícil imitado o mecanismo. Os autores disseram: “Se queremos copiar o inseto,
temos que extrair o máximo que pudermos do seu design e construir asas que façam a maior parte do que as asas do
inseto conseguem fazer.” Se obtiverem êxito, os resultados serão aplicados na
engenharia robótica e de aeronaves.
Borboletas (e as telas de
aparelhos eletrônicos): o projeto das telas “mirasol” foi
inspirado nas asas da borboleta do gênero Morpho, azul-metálico iridescente.[24]
Cientistas descobriram que asas de borboletas manipulam a luz com um cristal
orgânico, que é também um amplificador ótico. As asas contem microestruturas
que criam o efeito de coloração através de “coloração estrutural”, em vez de
pigmentação. Ou seja, as asas de borboletas são constituídas de micropelículas
arranjadas de tal forma que, quando a luz passa por elas, vemos diferentes
cores que mudam de tonalidade de acordo com o ângulo sob o qual vemos.
Portanto, inspirados nesse design,
engenheiros projetaram telas de LCD com superfícies mais finas e leves, com
alta qualidade de imagem e de visualização de baixíssimo consumo de energia.
Cupinzeiro (e o prédio
sustentável): o edifício Eastgate Center (Harare, Zimbábue),
projeto de autoria do arquiteto Mick Pearce em parceria com a ARUP engenharia,
foi inspirado na arquitetura e no funcionamento dos túneis e condutos de ar de
um cupinzeiro.[25] Portanto, o edifício não possui um sistema convencional de
ar condicionado ou aquecimento, mas, mesmo assim, mantém ao longo de todo o ano
sua temperatura regulada com uma economia dramática no consumo de eletricidade
(redução de 65%), tudo graças a um design
que seguiu os princípios da biomimética.
Biossonar dos golfinhos (e a
ecolocalização artificial): a ecolocalização nos golfinhos é um
sistema tecnológico natural bem sofisticado. É muito superior a qualquer
sistema criado pelo ser humano. O golfinho possui um extraordinário sistema
acústico de ecolocalização que lhe permite obter informações sobre outros
animais e o ambiente, pois consegue emitir ondas ultrassônicas, na faixa de 150
kHz, sob a forma de “clicks” ou estalidos. Com base nessa capacidade natural,
os seres humanos desenvolveram a “ecolocalização artificial”, com o advento do
radar, do sonar, e até mesmo dos aparelhos de ultrassonografia.[26]
Baleia Jubarte (e as hélices
eólicas): esse mamífero é ágil ao mergulhar e fazer curvas, e o
segredo está nas saliências (tubérculos) de suas nadadeiras que canalizam o
fluxo de água e criam turbulências. Cientistas estão imitando esse design a fim de aprimorar lemes de
barcos, turbinas hidráulicas, hélices de helicópteros e hélices eólicas.[27,
28] Os testes aplicados em hélices eólicas mostraram uma eficiência de até 42%
que beneficiará os moinhos, visto que constantemente eles recebem fortes
rajadas de ventos que danificam sua estrutura. Essa tecnologia fará com que o
vento seja desviado facilmente, permitindo um melhor aproveitamento e gerando
mais energia ao aumentar a velocidade do giro e diminuindo a manutenção das
hélices.[29]
Tubarão (e as superfícies de
baixo atrito): pesquisas estão explorando soluções naturais
para a redução de atrito da pele sobre superfícies sólidas, o que poderia
resultar em inovações e aplicações em matéria de conservação de energia. Para
tanto, cientistas se inspiraram na forma como a pele dos peixes reage ao
contato com a água, realizando experimentos em um modelo de pele com dentículos
de tubarão-mako, considerado o tubarão mais rápido.[30] Essa tecnologia tem
sido aplicada também em cascos de navios, submarinos e mesmo aviões, aumentando
a eficiência aerodinâmica/hidrodinâmica em até 30%.
Penas dos pássaros (e os
sensores estabilizadores de voo): cientistas se inspiraram nos
dispositivos antiturbulência presentes nas penas de pássaros a fim de
desenvolver um sistema inovador que pode acabar com as turbulências em voos de
aeronaves.[34] Eles observaram que os microaviões não tripulados (drones)
tendiam a sair da rota devido às rajadas de vento que podiam estilhaçá-los no
céu, enquanto os insetos e pássaros se saem muito melhor. O que os mantém tão
estáveis? Os pesquisadores descobriram a técnica utilizada pelos pássaros e a imitaram
ao criar um sistema que detecta a perturbação do fluxo antes que isso resulte
na movimentação da aeronave.
Linha lateral dos peixes (e o
chip sensorial para navegação de robôs subaquáticos): manobrar
um robô subaquático é muito complicado. A saída é tentar imitar os peixes,
sobretudo a chamada linha lateral deles, um órgão sensorial distribuído ao
longo do corpo e que permite a detecção de movimentos. Os cientistas se
inspiraram no órgão sensorial dos bagres cegos encontrados em cavernas e
criaram um sensor baseado na tecnologia MEMS, que praticamente não consome
energia.[35] O equipamento fornece imagens 3D dos objetos ao redor, fazendo um
mapeamento do entorno do robô que é muito mais preciso do que qualquer
informação obtida com imagens por câmeras ou com sonares.
Proteínas da albumina do ovo (e
o plástico biodegradável): a albumina da clara de ovo inibe tão bem o
crescimento bacteriano que poderia ser misturada com glicerol para criar “bioplásticos”
esterilizados para aplicações biomédicas, bem como para ser biodegradável e,
portanto, mais “amigo” do meio ambiente. Para um dos cientistas, “se você o colocar
em um aterro sanitário, sendo este bioplástico feito a partir da proteína pura,
ele vai se degradar”, e “se você o colocar no solo durante um mês, no máximo
dois meses, esse plástico vai desaparecer”.[36] Essa tecnologia será aplicada
em embalagens de alimentos e na área biomédica.
Magnetorecepção em animais (e o
sensor magnético em humanos): magnetorecepção é um sentido
que permite que bactérias, insetos e até vertebrados como salmões, tartarugas
do mar, aves e tubarões detectem campos magnéticos para orientação e navegação.
Os seres humanos, porém, são incapazes de perceber campos magnéticos
naturalmente. Diante disso, cientistas desenvolveram um novo sensor magnético
inspirado na natureza, que é fino, robusto e flexível o suficiente para ser
facilmente adaptado à pele humana, mesmo em regiões mais flexíveis da palma da
mão.[37] Essa tecnologia poderá equipar os seres humanos com sentido magnético.
Bússola biológica dos pássaros
(e os smartphones): uma
nova e melhor geração de smartphones
vai poder empregar sensores de campo magnético inspirados na bússola biológica
de migração dos pássaros. Cientistas criaram perfeitos fios moleculares
unidimensionais que suprimem quase totalmente a condutividade elétrica por um
campo magnético fraco à temperatura ambiente.[38] É possível que esse mecanismo
subjacente esteja intimamente relacionado com a bússola biológica usada por
algumas aves migratórias para encontrar sua localização no campo geomagnético.
Cérebro humano (e os
processadores neuromórficos): cientistas estão usando
silício e software para construir
sistemas eletrônicos que imitam neurônios e sinapses, com vistas a construir
uma geração de computadores mais eficientes e mais rápidos. O processador
neuromórfico – supercomputador chamado Neugrid – foi construído para imitar o
funcionamento dos neurônios do cérebro humano.[40] Dotado com o chip Hicann,
ele consegue simular 512 neurônios, cada um equipado com 224 circuitos
sinápticos. Porém, vale lembrar que o córtex de um camundongo, por exemplo,
opera 9.000 vezes mais rápido e consome 40.000 vezes menos energia do que uma
simulação feita em computador.
Baço humano (e o baço
artificial): cientistas desenvolveram um aparelho (biospleen)
inspirado no baço humano que é capaz de filtrar organismos patogênicos e
toxinas do sangue de pacientes.[41] Depois que o sangue flui pelo biospleen, um
imã puxa as toxinas do sangue e aí o líquido “puro” retorna ao paciente –
tratamento parecido com o da hemodiálise. Os testes conseguiram retirar 90% dos
patogênicos do sangue depois de cinco “rodadas” de limpeza. A tecnologia pode
ser uma boa opção no caso dos tratamentos virais também, como HIV e ebola.
Lágrima humana (e a solução de
limpeza para lentes de contato): cientistas criaram uma solução
de limpeza para lentes de contato, Biotrue ONEday, inspirada na biologia dos
olhos humanos.[42] A solução possui pH compatível com o da lágrima humana e
umedece a lente da mesma forma que os olhos, pois usa um lubrificante também
encontrado no olho humano, o que deve reduzir a reação alérgica a esse tipo de
produto.[42, 43] “Isso é bastante novo em oftalmologia. Mas num futuro próximo
veremos inúmeras soluções da biomimética aplicadas à medicina”, afirma Gary
Orsborn, diretor de cuidados médicos da Busch & Lomb.[2]
Cristalino humano (e a lente
para correção de catarata): a empresa norte-americana Bausch &
Lomb lançou outro produto de design
bioinspirado, dessa vez para correção de catarata: a lente intraocular
acomodável Crystalens®.[31, 44] Esse implante de lente procura imitar o
cristalino natural, tanto quanto possível. Projetado para se mover dentro do
olho, o implante de lente permite que os pacientes enxerguem de perto, a médio
alcance e à distância.
Articulações humanas (e o
desenvolvimento de próteses): ao estudar a estrutura e
função das articulações humanas (bacias, joelhos, ombros e tornozelos),
cientistas se inspiraram para o desenvolvimento de dispositivos protéticos a
fim de imitar e substituir a estrutura natural do corpo humano.[45, 46]
Tecidos humanos (e a engenharia
de tecidos sintéticos): minúsculas partículas feitas de polímeros
são uma grande promessa como andaimes estruturais para a construção de tecidos
artificiais. Cientistas desenvolveram uma nova técnica que permite criar
micropartículas que assumem praticamente qualquer forma, usando um micromolde
que muda de forma em resposta à temperatura.[48] Foi possível organizar
diferentes células em camadas para criar tecidos sintéticos que imitam a
estrutura de tecidos naturais do corpo humano.
Viu
a lista? Isso é o que o design
inteligente tem feito por você ultimamente. É por isso que o design inteligente se encaixa
naturalmente com a Biomimética. Se modelos vivos não fossem tão bons, ninguém
seria inspirado a imitá-los. Portanto, não é racional insultar bioengenheiros
com a sugestão de que eles estão imitando tecnologias de última geração
resultantes de um processo cego e não guiado em seus laboratórios.[49] Não a
partir de nossa experiência uniforme, pois um bom projeto vem de uma boa mente.
É
impossível justificar tecnologias naturais como essas por meio dos mecanismos
propostos pelo atual paradigma para a explicação da origem e evolução dos seres
vivos. É na ausência de mecanismos naturais responsáveis pelo surgimento desses
designs que repousa a necessidade de
uma influência inteligente arquitetando tudo. Contudo, diante da
impossibilidade de demonstrar em laboratório a origem desses sistemas de
complexidades naturais, revistas científicas como a Nature têm apelado ao naturalismo filosófico e à metafísica: “Milhões
de anos de evolução tornaram o mundo biológico em um laboratório de desenvolvimento
de materiais extremamente eficaz. [...] As substâncias encontradas no mundo
natural são inspiradoras imitações que podem, eventualmente, dotar os seres
humanos com poderes sobre-humanos.”[50]
O
fato de a Biomimética ter tido uma rápida ascensão na última década é sinal de
que as pessoas estão cansadas de histórias inúteis. O papo de Darwin cai fora
da discussão quando o foco está no design
natural que a ciência pode imitar para melhorar a vida humana. Esse é o início
de uma nova forma de se fazer ciência com base em projetos inteligentes que vão
trazer uma infinidade de benefícios para o mundo. Darwin está perdendo
discípulos, e aqui vai uma dica: Neodarwinistas, mantenham suas mãozinhas fora
da Biomimética. Ela não pertence a vocês! Quer saber se estou correto em minhas
afirmações? Façamos alguns questionamentos: Quantas dessas pesquisas mencionaram
a evolução? A teoria da evolução é realmente relevante para o projeto baseado
em design?
(Everton Alves)
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