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quarta-feira, 9 de abril de 2008

Novos sensores ópticos inspirados no Escaravelho Hercules

Escaravelho Hercules Beetle Dynastes herculesHá muito tempo que se sabe que muitas superfícies altamente coloridas presentes em organismos vivos não são o resultado de pigmentos ou corantes, mas são os efeitos de mecanismos estruturais altamente ordenados. Estas estruturas são apenas aparentes em escalas nanómetricas (comparáveis à luz visível), e as cores são geradas por interferência. O recente interesse nestas estruturas "fotónicas" dá-se

"principalmente porque estes meios são exemplos muito interessantes de metamateriais ópticos, que devem as suas propriedades ópticas a formas geométricas da escala do sub-mícron altamente ajustáveis, e não à natureza dos materiais utilizados no seu fabrico. Estas estruturas complexas, encontradas em muitas espécies vivas : aves, insectos, cobras, peixes e até mamíferos, poderiam ser uma pista muito eficaz e inspirativa para novos efeitos visuais ou mesmo para novos dispositivos ópticos. A estrutura descrita no presente estudo é muito especial, porque a sua resposta óptica pode ser drasticamente alterada pela sua exposição à humidade. Este fenómeno é uma das características espantosas do escaravelho tropical, Dynastes hercules".


O Escaravelho Hercules, é um dos maiores coleópteros, capaz de atingir 170 mm de comprimento. Ele tem a fama de ser a mais forte criatura na Terra, conseguindo transportar cargas que são 850 vezes o seu próprio peso corporal. (O menor escaravelho é o Eudicella gralli).

O escaravelho macho é normalmente de uma cor esverdeada, mas quando a humidade sobe acima dos 80%, ele torna-se preto. A água penetra a estrutura multi-camada e muda o seu desempenho óptico. Têm sido propostas histórias Darwinistas adaptationistas. Uma hipótese é a de que a cor preta confere camuflagem à noite, quando a humidade é mais alta e o insecto é mais activo. Então, durante o dia, a cor esverdeada volta e o escaravelho mistura-se com o seu ambiente. Outra hipótese diz respeito à termoregulação: o insecto aquece mais rápido quando é negro e, em seguida, evita o superaquecimento quando é verde. Ambas as propostas são discutidas pelos investigadores e ambas são rejeitadas. "A razão (caso exista...) pela qual o Dynastes hercules evoluiu para ter a capacidade de mudar de cor com a humidade continua a ser um mistério que está à espera de ser desvendado." Os autores explicam a finalidade de seu trabalho desta forma:

"O objectivo do presente estudo consiste em fornecer dados actualizados sobre a morfologia desta estrutura natural higrocrómica, obter dados ópticos detalhados para vários estados de humidade e reexaminar o mecanismo de coloração com a ajuda da extensas simulações mensuráveis de incidência de luz".


Estes objectivos foram atingidos através de uma metodologia de engenharia reversa. A estrutura higrocrómica foi modelada com sucesso. Curvas de reflexão teóricas revelam uma coloração verde para o material em condições normais de humidade e uma coloração negra quando os espaços na estrutura são preenchidos com água.

"O comportamento higrocrómico poderia ser uma importante propriedade de um material 'inteligente'. Tais materiais poderiam ser postos a funcionar como sensores de humidade, mudando de cor de acordo com o nível higrocrómico. Isto pode ser útil, por exemplo nas fábricas de transformação de alimentos para controlar o nível de humidade. Uma vez que as propriedades ópticas podem ser transferidas para outros campos radioactivos do espectro através do escalonamento do comprimento da estrutura para cima e para baixo, os materiais higrocrómicos poderão também encontrar uma função/utilização térmica".


A mensagem que se tira é a de que as metodologias de design funcionam e produzem resultados que são úteis na prática. Os autores são explícitos quanto a este ponto: "o presente documento aborda a engenharia reversa deste complexo sistema de uma forma mais completa e esclarece diversos aspectos deste efeito higrocrómico". Em contrapartida, as perspectivas darwinistas parecem ter contribuído apenas com histórias "just-so" especulativas.

O efeito higrocrómico difractivo na cutícula do escaravelho hercules Dynastes hercules
M Rassart, JF Colomer, T Tabarrant e JP Vigneron
New Journal of Physics, 10 (Março de 2008) 033.014 (14pp) | doi: 10.1088/1367-2630/10/3/033014

Resumo. Os élitros de espécimes desidratados do escaravelho hercules, Dynastes hercules aparecer em verde-khaki numa atmosfera seca e tornam-se pretos de forma passiva sob elevados níveis de humidade. Novas imagens varredura eletrônica, medições espectrofotométricas e modelação física são usadas para desvendar o mecanismo desta mudança na coloração. A visível coloração esverdeada do estado seco é proveniente de uma camada porosa amplamente aberta localizada a 3 μm abaixo da superfície da cutícula. A estrutura desta camada é tridimensional, com uma rede de filamentos, dispostos em camadas paralelas à cutícula da superfície e uma série de fortes pilares cilíndricos orientados perpendicularmente à superfície. Inesperadamente, a difracção desempenha um papel significativo na grande amplitude de coloração da cutícula no estado seco. A irradiação causada por esta camada desaparece quando a água se infiltra na estrutura e enfraquece as diferenças no índice de refracção.

(por David Tyler)

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A origem da vida não é consensual. A evolução dos seres vivos não é consensual. A teoria de Lamarck, a teoria de Darwin, e outras, propuseram a transformação dos seres vivos ao longo do tempo.

Mas o evolucionismo e o darwinismo não explicam de forma satisfatória a complexidade dos seres vivos. A biologia molecular e a biologia celular revelam mecanismos cuja origem os darwinistas nem se atrevem a tentar explicar.


Este blog trata de Design Inteligente, Darwinismo e Teoria da Evolução