Como a frágil borboleta sobrevive às pesadas gotas de chuva numa tempestade

Um estudo publicado este mês pela Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos, fez uma análise das gotas de chuva a alta velocidade que atingem superfícies biológicas, como penas, folhas de plantas e asas de insetos.

A investigação mostrou como os solavancos em microescala, combinados com uma camada em nanoescala de cera, desfazem e espalham essas gotas para proteger as superfícies frágeis de danos físicos e risco de hipotermia.

“Este é o primeiro estudo a entender como os pingos de chuva de alta velocidade afetam essas superfícies hidrofóbicas naturais”, disse Sunghwan “Sunny” Jung, professor de engenharia biológica e ambiental na Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida americana e um dos responsáveis pelo estudo.

Estudos anteriores analisaram a água a atingir insetos e plantas com baixos impactos e observaram as propriedades de limpeza do líquido. Mas, na natureza, os pingos de chuva podem cair a taxas de até 10 metros por segundo; portanto, esta investigação cientifica examinou como os pingos de chuva, que caem a alta velocidade, interagem com superfícies naturais super-hidrofóbicas.

Os pingos de chuva representam riscos, disse Jung, porque o seu impacto pode danificar as frágeis asas de borboleta, por exemplo.

“[Ser atingido por] gotas de chuva é o evento mais perigoso para este tipo de animal pequeno”, afirmou, observando que o peso relativo de uma gota de chuva que bate em uma asa de borboleta seria análogo a uma bola de bowling a cair do céu num ser humano.

No estudo, os especialistas recolheram amostras de folhas, penas e insetos, e colocaram-nas numa mesa e deitaram gotas de água de alturas de cerca de dois metros, enquanto registavam o impacto em alguns milhares de fotografias por segundo com uma máquina fotográfica de alta velocidade.

Ao analisar o filme, descobriram que quando uma gota atinge a superfície, ela ondula e espalha-se. Uma camada de cera em nanoescala repele a água, enquanto grandes saliências em microescala na superfície criam buracos na gota de chuva que se espalha.

“Considere estas saliências como agulhas”, disse Jung. Se alguém atirasse um balão nestas agulhas, “esse balão partiria-se em pedaços menores. A mesma coisa acontece quando a gota de chuva bate e se espalha. ”

Essa ação destruidora reduz a quantidade de tempo em que a gota está em contato com a superfície, o que limita o momento e reduz a força de impacto numa asa ou folha delicada. Também reduz a transferência de calor de uma gota fria. Isso é importante porque os músculos de uma asa de inseto, por exemplo, precisam estar quentes o suficiente para voar.

Repelir a água o mais rápido possível também é importante porque a água é muito pesada, dificultando o voo de insetos e pássaros e sobrecarregando as folhas das plantas.

Já existe um grande mercado para produtos que usam exemplos da natureza – conhecidos como biomimética – no seu design: sprays resistentes à água para roupa e sapatos e o descongelamento nas asas de aviões. As conclusões deste estudo podem levar à criação de produtos no futuro.

O estudo foi financiado pela National Science Foundation e pelo Departamento de Agricultura dos EUA.