Magia projetada: Portadores de sementes de madeira imitam o comportamento de si mesmo

Aug 08, 2023

A forma como as sementes se implantam no solo pode parecer mágica. Tome algumas variedades de Erodium, cujas flores de cinco pétalas de cor roxa, rosa ou branca parecem gerânios.

A semente dessas plantas é transportada dentro de um caule fino e bem enrolado. Durante a chuva ou alta umidade, o caule em forma de saca-rolhas desenrola e torce a semente no solo, onde pode criar raízes e está a salvo de pássaros famintos e condições ambientais adversas.

Inspirado pela magia do Erodium, Lining Yao (abre em uma nova janela), o professor assistente Cooper-Siegel de interação humano-computador da Carnegie Mellon University, trabalhou com uma equipe de colaboradores para projetar um portador de sementes biodegradável conhecido como E-seed. Seu porta-sementes, feito de lâmina de madeira, pode permitir a semeadura aérea de áreas de difícil acesso, podendo ser usado para uma variedade de sementes ou fertilizantes e adaptado a muitos ambientes diferentes. É uma ideia que Yao, filha de fazendeiros de meio período, pondera desde que era Ph.D. estudante do MIT em meados da década de 2010.

"O enterro de sementes tem sido muito estudado há décadas em termos de mecânica, física e ciência dos materiais, mas até agora ninguém criou um equivalente de engenharia", disse Yao, diretor do Morphing Matter Lab (abre em nova janela) na Escola do Instituto de Interação Humano-Computador da Ciência da Computação.(abre em nova janela) "A pesquisa com portadores de sementes tem sido particularmente gratificante por causa de seu potencial impacto social. Ficamos entusiasmados com coisas que podem ter um efeito benéfico sobre a natureza".

A pesquisa da equipe foi publicada na edição de fevereiro da Nature (abre em uma nova janela).

Danli Luo, ex-assistente de pesquisa do Morphing Matter Lab e principal autor do artigo da Nature, disse que o design e a construção do porta-sementes foram inspirados no mecanismo de auto-enterramento que o Erodium desenvolveu ao se adaptar a climas áridos.

O caule de Erodium forma um corpo bem enrolado, portador de sementes, com uma longa cauda curvada no topo. Quando começa a se desenrolar, a cauda torcida se encaixa no solo, fazendo com que o porta-sementes se levante. O desenrolamento adicional cria torque para perfurar o solo, enterrando a semente.

Mas o portador de uma cauda do Erodium só funciona bem em solos com fendas. Para empregar seus transportadores de sementes E em uma gama mais ampla de ambientes, a equipe de pesquisa desenvolveu uma versão de três caudas (foto) que é mais eficiente em se levantar.

"A geometria pode melhorar a funcionalidade dos materiais além do que a natureza nos oferece. Ela também torna o design versátil para ser aplicado a outros materiais", disse Shu Yang, cientista de materiais e co-autor da Universidade da Pensilvânia.

Os pesquisadores consideraram uma série de possíveis materiais para seus portadores, incluindo hidrogéis, papel e outras formas de celulose processada. Eles finalmente escolheram folheados de carvalho branco - uma espécie de árvore abundante em Schenley Park, adjacente ao campus da CMU em Pittsburgh - e amplamente utilizada em móveis. Como o Erodium, os folheados respondem à umidade.

"As sementes têm uma resposta mágica à chuva", disse Yao.

Crescendo na Mongólia Interior, Yao aprendeu cedo com seus pais a importância de sincronizar o processo de semeadura com a perspectiva de chuva. Sua apreciação por esse momento aumentou durante este projeto, pois os pesquisadores fizeram muitos testes de campo dos portadores, em vez de apenas testes de laboratório. Isso significava que eles tinham que ficar de olho no clima, levando os carregadores às pressas para um campo de teste quando a chuva estava para acontecer.

A equipe desenvolveu um processo de cinco etapas, incluindo lavagem química e moldagem mecânica para fabricar os portadores de sementes. Embora os transportadores sejam atualmente fabricados em laboratório, os pesquisadores esperam adaptar o processo para uma escala industrial.