As plantas, como palmeiras, bambus e até as batatas são exemplos de engenharia precisa em uma escala microscópica. Como as vigas de madeira são o reforço de uma casa, as paredes celulares tornam-se os suportes estruturais de todas as plantas. Dependendo de como as paredes celulares são organizadas e do que são feitas, uma planta pode ser tão frágil como um junco ou tão resistente como um carvalho.
O pesquisador Lorna Gibson, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, reuniu dados sobre as microestruturas de diversos tipos de plantas e descobriu que elas apresentam uma vasta gama de propriedades mecânicas. Essas propriedades são definidas de acordo com a disposição da parede celular, que pode ser constituída por quatro componentes básicos: celulose, lignina, hemicelulose e pectina.
O professor de Ciência dos Materiais e Engenharia do MIT defende que compreender a organização das plantas pode ajudar os engenheiros a criar novos designs e materiais, inspirados na composição das paredes celulares das plantas. Um artigo sobre as descobertas de Gibson foi publicado este mês no Journal of the Royal Society Interface.
"Se você olhar para a engenharia, temos milhares de tipos de materiais que têm mais ou menos as mesmas propriedades, assim como as plantas, porém elas utilizam apenas quatro componentes básicos. Então, talvez há algo que nós possamos aprender com as plantas sobre a concepção de materiais de engenharia", diz Gibson.
Para o pesquisador, componentes de uma parede celular de suporte tem uma estreita semelhança com certos materiais sintéticos. Por exemplo, a celulose, hemicelulose e lignina podem ser tão rígidas e fortes como polímeros sintéticos. O arranjo celular de uma planta é próximo à engenharia: células em madeiras, por exemplo, estão alinhadas como estruturas honeycomb. Assim como as células poliédricas, que são encontradas nas maçãs, podem assemelhar-se a algumas espumas industriais.
Para explorar a mecânica natural das plantas, Gibson focou em duas propriedades principais: rigidez e resistência. Frutas e legumes foram os menos rígidos, enquanto as palmeiras eram 100 mil vezes mais rígidas.
A variedade de rigidez e resistência é resultado de combinações de microestruturas particulares a cada planta : a composição da parede celular, o número de camadas, a disposição das fibras de celulose nestas camadas e qual o espaço que a parede celular ocupa.
Gibson acredita que a mecânica das plantas é um recurso valioso para os engenheiros de design de novos materiais. Por exemplo, mesmo com a criação de nanotubos de carbono, que têm sido utilizados para reforçar os materiais compósitos, os pesquisadores ainda não foram capazes de fabricar esses compósitos com o nível de controle que as plantas possuem.
"As plantas têm que satisfazer uma série de requisitos: os mecânicos, mas também o crescimento, a área de superfície para a luz solar e de transporte de fluidos. As plantas desenvolveram microestruturas que atendem a todos estes requisitos. Com o desenvolvimento da nanotecnologia, há potencial para desenvolvimento de materiais de engenharia multifuncionais inspirados pelas microestruturas das plantas", argumenta o professor Lorna Gibson.
