Os elefantes são os maiores mamíferos da Terra, e entendê-los melhor pode levar a avanços incrivelmente grandes na ciência.
Pesquisadores apoiados pelo programa de inovação Horizon 2020 da União Europeia estão fazendo um estudo sobre as trombas de elefante, com o objetivo de melhorar o futuro da robótica, ciência dos materiais e biologia.
A tromba dos elefantes é delicada e robusta — elas são capazes de agarrar uma única folha de grama, mas também podem carregar quase 300 libras (ou 136 quilos). E os cientistas argumentam que esses troncos versáteis — chamados de probóscides — são uma inspiração incrível para a próxima geração de robôs bioinspirados.
“Os robôs clássicos são extremamente bons para realizar uma tarefa específica para a qual foram projetados. Mas, se você quiser que o robô faça algo um pouco diferente, ele falhará terrivelmente”, disse Michel Milinkovitch, professor de física da biologia na Universidade de Genebra, Suíça. “Só que, quando você olha para os organismos vivos, eles foram otimizados para versatilidade.”
Pesquisa do tapete vermelho
Em uma nova pesquisa publicada na Current Biology, o laboratório de Milinkovitch explicou como os elefantes podem mover suas trombas com graus de liberdade quase infinitos, combinando cerca de 20 movimentos básicos para realizar manobras mais complicadas.
Usando uma tecnologia emprestada da indústria do cinema, os pesquisadores da Universidade de Genebra foram capazes de conduzir uma análise de captura de movimento em alta resolução da tromba de elefantes enquanto eles pegavam objetos de várias formas e tamanhos.
A equipe colocou marcadores reflexivos ao longo das trombas de dois elefantes africanos e, em seguida, instalou câmeras infravermelhas em torno dos elefantes para capturar seus movimentos e medir as trajetórias de suas trombas em três dimensões. O processo é semelhante a como atores usando marcadores de captura de movimento foram usados para criar os movimentos dos personagens de Gollum em “O Senhor dos Anéis” e Na’vis em “Avatar”.
“Os elefantes têm uma espécie de kit de ferramentas de movimentos simples e podem combinar esses movimentos simples a trajetórias complexas”, disse Milinkovitch. “Eles podem se adaptar ao objeto que você lhes dá.”
Os elefantes usam a sucção para pegar objetos leves. Mas, para pegar coisas mais pesadas, eles usam a sucção para garantir a posição correta dos itens, e colocam suas trombas em volta dos objetos para agarrá-los e levantá-los, disse ele. O estudo também descobriu que os elefantes podem formar “pseudo-articulações” com suas trombas, semelhante à estrutura de um cotovelo e pulso humano.
“Há um controle muito preciso sobre que parte da tromba está se contraindo”, disse Milinkovitch. “Não é a tromba inteira que está se alongando e encurtando — são porções, dependendo do que o elefante está fazendo.”
Os pesquisadores também realizaram tomografias e ressonâncias magnéticas na tromba de um elefante falecido e usaram câmeras de alta resolução para criar um modelo 3D de uma tromba, permitindo-lhes compreender melhor a anatomia dos grupos musculares, pele e tecidos conjuntivos de um elefante.
De baús à tecnologia
Os dados do estudo serão usados para ajudar a projetar um braço robótico inovador, que está sendo desenvolvido junto a pesquisadores do Instituto Italiano di Tecnologia em Pontedera e Scuola Superiore Sant’Anna em Pisa, bem como da Universidade Hebraica de Jerusalém e da empresa de impressão em 3D Fotocêntrica.
“É um novo paradigma em robótica”, disse Milinkovitch. “Em vez de usar segmentos metálicos conectados por articulações, a ideia é ter objetos que se movam, mas que são feitos de materiais flexíveis”.
Cientistas dizem que copiar a anatomia natural seria impossível, mas eles planejam usar os dados sobre a tromba do elefante para criar movimentos igualmente versáteis em um robô. Lucia Beccai, coordenadora científica do “Projeto Probóscide” apoiado pela UE, disse que eles planejam ter um protótipo funcional em cerca de um ano.
“Os dados são excepcionais, mas agora o esforço é realmente traduzir esses dados biológicos em algumas especificações de engenharia, que não precisam copiar o órgão natural”, disse Beccai, que é pesquisador sênior do Istituto Italiano di Tecnologia. “(Nós) precisamos extrair alguns princípios simplificadores que podem tornar o comportamento simples o suficiente para ser eficaz, adaptável às mudanças e eficiente.”
O projeto também está estimulando avanços na ciência dos materiais, à medida que os pesquisadores desenvolveram um novo material que imita as propriedades úteis da pele do elefante e pode ser impresso em 3D para protótipos robóticos.
“Você terá algo que pode lidar com cargas úteis altas e pequenas. Do ponto de vista industrial, pode ter um grande impacto”, disse Beccai, acrescentando que os novos materiais e tecnologias serão comercializados para uma ampla gama de usos.
A equipe imagina que os braços robóticos macios que estão criando serão capazes de trabalhar nas linhas de produção de fábrica, ser utilizados para operações de busca e resgate ou até mesmo ser usados na área de saúde para levantar e ajudar pacientes idosos.
Aumentando a conscientização sobre a conservação dos elefantes
Milinkovitch acrescentou que, além das aplicações industriais da pesquisa, é importante entender melhor os animais.
“Também é uma sensação de maravilha apenas olhar para essas criaturas incríveis”, disse Milinkovitch, observando que os elefantes da floresta africana e os elefantes da savana africana são espécies ameaçadas de extinção.
Os elefantes enfrentam ameaças de perda de habitat, bem como caça furtiva devido ao comércio ilegal de marfim. Estima-se que 20 mil elefantes africanos sejam mortos a cada ano por causa de suas presas, de acordo com o World Wildlife Fund.
Nas últimas três décadas, a população de elefantes da floresta africana caiu em mais de 86%, de acordo com a União Internacional para a Conservação da Natureza.
“Também esperamos aumentar a conscientização sobre a conservação desse animal único”, disse Beccai. “Há uma infinidade de princípios que podemos aprender com a natureza, ela não existe apenas para nosso bem-estar e felicidade — e é realmente uma fonte incrível de princípios de engenharia.”
