As patas de urso polar seguram o segredo para melhor tração dos pneus

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As patas de urso polar seguram o segredo para melhor
tração dos pneus
Aperto bom
A tração é importante. Os seres humanos têm se interessado continuamente em descobrir como se
mover melhor através de superfícies molhadas ou congeladas com segurança - seja para melhorar os
sapatos para andar nas calçadas ou os pneus para manobrar as estradas. Mas o que torna possível
para alguns animais árticos para andar e correr através do gelo tão sem esforço e graciosamente sem
escorregar e cair? Três pesquisadores da Universidade de Akron (UA) mergulharam profundamente nas
patas dos ursos polares para descobrir. Sua pesquisa foi publicada na edição de novembro do Journal of
the Royal Society Interface.
Por que os ursos polares?
A equipe do projeto incluiu Ali Dhinojwala, o H.A. Professor Morton de Ciência de Polímeros na Escola
de Ciência de Polímeros e Engenharia de Polímeros, Nathaniel Orndorf, um Ph.D. de 2022 que agora é
empregado como cientista sênior de materiais na Bridgestone Americas, e Austin Garner, um Ph.D. de
2021, que agora é professor assistente de biologia na Universidade de Syracuse. O projeto começou
durante o auge da pandemia, quando as coisas estavam em confinamento.
“Tivemos um projeto em andamento por muitos anos focado no gelo; estávamos olhando para o atrito
dos materiais e estávamos interessados nesse tópico porque estamos em Akron e nossos parceiros
nacionais precisam desenvolver pneus com uma forte aderência na estrada em condições de gelo e
neve ”, disse Dhinojwala. “Nate tinha interesse em como a natureza se adaptou a essa solução para a
neve. O exemplo que lhe veio à mente foram os ursos polares – e a pesquisa começou a partir daí.
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2022.0466
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O projeto foi muito interdisciplinar, combinando abordagens e técnicas de pesquisa biológica e de
materiais. Orndorf e Dhinojwala são cientistas de polímeros que integram a biologia em suas pesquisas,
enquanto Garner é um biólogo animal que integra a ciência dos materiais em sua pesquisa.
A ideia era olhar para as almofadas de pata dos ursos polares. Revisando a literatura mais antiga, a
equipe descobriu que trabalhos anteriores estudavam as microestruturas (papilas, os pequenos
solavancos na almofada do pé) das patas de urso polar e afirmavam que as papilas eram adaptações
para melhorar a tração na neve. Os estudos anteriores não incluíam outras espécies de urso, então
Garner ajudou a identificar duas espécies intimamente relacionadas ao urso polar (o urso pardo e o urso
negro americano) e um distantemente relacionado (o urso sol) a incluir no estudo.
“A tranquilidade do laboratório durante o COVID me deu a oportunidade de me conectar com uma
variedade de cientistas e ambientalistas em todo o país”, disse Orndorf. “Eu entrei em contato com
museus, taxidermistas e muitos outros para coletar e visualizar amostras reais e réplicas de almofadas
de pata de urso.”
Orndorf e Garner prepararam as amostras de almofada de pata dos ursos e os fotografaram usando um
microscópio eletrônico de varredura. A equipe também criou impressões 3D das estruturas para variar o
diâmetro e a altura das características. Eles foram então testados na neve no laboratório para ver como
eles reagiram às condições.
O que a equipe descobriu foi que todos os ursos (exceto ursos solares) têm papilas em suas almofadas
de pata, mas que as papilas em ursos polares eram mais altas – até 1,5 vezes. E, que as papilas mais
altas dos ursos polares ajudam a aumentar a tração na neve em relação aos mais curtos. Embora os
ursos polares tenham absorventes menores em comparação com as outras espécies (provavelmente
devido à maior cobertura de peles para a conservação do calor), as papilas mais altas dos ursos polares
compensam suas almofadas de pata menores, dando-lhes um aumento de 30-50% no estresse do
cisalhamento por fricção.
“Papillae não são exclusivas dos ursos polares. Trabalhos anteriores [na área] fizeram a suposição
implícita de que as papilas são adaptações para maior tração na neve sem estudar as almofadas de
pata de outros ursos. Foi fascinante para nós descobrir que os outros ursos norte-americanos também
os têm e que as características físicas das papilas são o que importa para a tração na neve”, disse
Garner.
Impacto na tração
Agora que a pesquisa foi publicada, outros cientistas e fabricantes podem analisar sua aplicação em
seus projetos específicos.
“Se você olhar para os pneus de neve, verá que eles têm alguns pisos mais profundos, mas essa
pesquisa também pode mostrar várias maneiras de projetá-los que podem ter um impacto maior”, disse
Dhinojwala.
Mas o interesse não é apenas para os fabricantes de pneus. “Indivíduos que fazem escalada de alta
altitude estão interessados nessa pesquisa, as empresas especializadas na entrega de mercadorias com
mau tempo adorariam ter melhor aderência, etc.”
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Os mesmos experimentos também podem ser realizados em animais como cães, lobos, raposas e
cabras de montanha para determinar se perfis específicos de rugosidade superficial induzida por neve /
gelo estão presentes em diferentes animais, [TE1] ou se a natureza evoluiu diferentes perfis de
rugosidade superficial para aumentar a tração no gelo e na neve, e qual perfil tem o melhor
desempenho.
Com base em pesquisas passadas
Esta não é a primeira pesquisa realizada na área de tração ou aderência em UA. Como parte do Centro
de Pesquisa Biomimética (BRIC) da Universidade de Akron, e em colaboração com os membros do
corpo docente do programa BRIC, Dhinojwala e sua equipe examinaram a adesão de gecko, seda de
aranha, adesão a mexilhão e cores estruturais inspiradas por pássaros e outros organismos. Sua
pesquisa é apoiada pela National Science Foundation, Escritório de Pesquisa Científica e Indústrias da
Força Aérea.
Sua equipe continua a olhar para o gelo – como a formação de gelo ocorre, adesão ao gelo, etc.
Pesquisa que é muito útil para as indústrias automotiva e de aeronaves. Seus alunos começaram a
trabalhar com a NASA em um projeto financiado por subsídios nesta área.
“É emocionante dar aos nossos alunos projetos de pesquisa tão interessantes para fazer parte”, disse
Dhinojwala. “Eles são um trunfo para a nossa equipe, e muitos continuam a ser excelentes parceiros de
pesquisa depois de deixarem a UA.”
“O Ph.D. Integrado de Biociências. O programa da UA forneceu experiências de pesquisa interdisciplinar
excepcionais que foram formativas no meu desenvolvimento como pesquisadora – essa colaboração foi
certamente uma delas”, disse Garner. “Foi uma experiência particularmente única para mim, porque a
maior parte do meu trabalho antes disso se concentrou em quão pequenos lagartos, como lagartixas, se
apegam às superfícies. Então, foi uma oportunidade emocionante e gratificante para aplicar minhas
habilidades e conhecimentos existentes a grandes mamíferos como ursos.
O material neste comunicado de imprensa vem da organização de pesquisa de origem. O conteúdo
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https://uakron.edu/bric/
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