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

Oct 05, 2023

A forma como as sementes se implantam no solo pode parecer mágica. Tomemos como exemplo algumas variedades de Erodium, cujas flores de cinco pétalas roxas, rosa ou brancas 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 se desenrola e torce a semente no solo, onde ela pode criar raízes e fica protegida de pássaros famintos e de condições ambientais adversas.

Inspirado pela magia do Erodium, Lining Yao(opens in new window), o professor assistente Cooper-Siegel de interação humano-computador da Carnegie Mellon University, trabalhou com uma equipe de colaboradores para projetar um transportador de sementes biodegradável conhecido como E-seed. Seu transportador de sementes, feito de folheado de madeira, poderia permitir a semeadura aérea em áreas de difícil acesso e poderia ser usado para uma variedade de sementes ou fertilizantes e adaptado a muitos ambientes diferentes. É uma ideia que Yao, filha de agricultores 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 em engenharia", disse Yao, diretor do Morphing Matter Lab(abre em uma nova janela) na Escola do Instituto de Interação Humano-Computador de Ciência da Computação(opens in new window).(opens in new window) "A pesquisa sobre transportadores de sementes tem sido particularmente gratificante devido ao seu potencial impacto social. Ficamos entusiasmados com coisas que poderiam ter um efeito benéfico na natureza."

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

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

O caule do Erodium forma um corpo bem enrolado que carrega sementes, com uma cauda longa e curva no topo. Quando começa a se desenrolar, a cauda torcida engata no solo, fazendo com que o transportador de sementes se empurre para cima. O desenrolamento adicional cria torque para perfurar o solo, enterrando a semente.

Mas o transportador unicaudal do Erodium só funciona bem em solos com fendas. Para empregar os seus transportadores de sementes E numa gama mais ampla de ambientes, a equipa de investigação desenvolveu uma versão de três caudas (foto) que é mais eficiente a empurrar-se para cima.

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

Os pesquisadores consideraram uma série de possíveis materiais para seus transportadores, incluindo hidrogéis, papel e outras formas de celulose processada. No final das contas, eles escolheram folheados de carvalho branco – uma espécie de árvore abundante no Schenley Park, adjacente ao campus da CMU em Pittsburgh – e amplamente utilizada em móveis. Assim 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. O seu apreço por esse momento cresceu durante este projeto, à medida que os investigadores realizaram muitos testes de campo dos transportadores, em vez de apenas testes de laboratório. Isso significava que eles tinham que ficar de olho no clima, levando os porta-aviões para um campo de testes quando a chuva estava próxima.

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