Por que estes cientistas ensinaram uma aranha predadora a pular

Cientistas da Universidade de Manchester, no Reino Unido, treinaram uma aranha chamada Kim para que ela pulasse para eles e então gravaram seus altos com câmeras de alta velocidade. Mas não se preocupe, porque sua pesquisa, na terça-feira (8) na Scientific Reports, não foi feita para nada nefasto. Eles só querem aprender a construir uma legião de aranhas-robô saltadoras.

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Em vez de vasculhar um porão úmido ou uma selva sufocante, os pesquisadores simplesmente foram a uma loja de animais no Reino Unido para recrutar seus objetos de estudo. Eles compraram quatro aranhas fêmeas saltadoras (Phidippus regius), uma das mais de seis mil espécies de aranhas saltadoras que pertencem à família dos artrópodes Salticidae. Em seguida, construíram um dispositivo com duas plataformas, uma em frente à outra, que poderiam ser ajustadas em altura e distância, junto com duas câmeras de alta velocidade capazes de capturar as aranhas de cima e de lado.

“As aranhas representam uma classe única de insetos saltadores naturais. Enquanto a maioria dos insetos usa saltos para escapar da predação, as aranhas saltam para a caçar”, disse Mostafa Nabawy, pesquisador da Escola de Mecânica, Aeroespaço e Engenharia Civil da Universidade de Manchester, ao Gizmodo por email. “Como tal, elas oferecem um comportamento de salto exemplar em pequena escala, com evidências de inteligência na avaliação do entorno e no planejamento da captura de presas.” O trabalho dos pesquisadores não é o primeiro a estudar aranhas saltadoras em um laboratório. Porém, eles dizem que são os primeiros a investigar com sucesso essas aranhas que saltam de diferentes distâncias e alturas, assim como seriam os primeiros a capturar esses saltos com tanto detalhe.

Ao contrário do que você poderia esperar, a equipe não usou iscas para atrair as aranhas a pular. Como muitas aranhas, esses espécimes só precisam de cerca de um inseto por semana para ficar satisfeitos, o que faria com que quaisquer testes baseados em petiscos durassem para sempre. “Para treinar uma aranha para pular, transferimos a aranha entre as duas plataformas de salto até que ela se familiarize com o desafio”, explicou Nabawy. “No entanto, a questão principal é que nem todas as aranhas estarão dispostas a saltar sob demanda em um ambiente de laboratório. Por exemplo, em nosso estudo, recrutamos quatro aranhas saltadoras, mas apenas uma ficou feliz em pular conforme a necessidade.”

Ao longo de uma semana, a aranha Kim deu 15 saltos. Ela não apenas deu saltos perfeitamente nivelados, como também saltou da plataforma inferior para a mais alta, e também saltou da mais alta para a mais baixa. E, dependendo do saltos que Kim precisava fazer, sua estratégia se ajustava, conforme revelaram as câmeras revelaram. Para saltos curtos (de cerca de dois comprimentos de seu corpo de 1,5 cm), Kim se esforçou mais do que o absolutamente necessário, tornando os saltos mais rápidos e de um ângulo menor. Quanto mais distantes ou mais altos os saltos, menos energia extra foi usada e mais lentos eles se tornaram. Kim, como qualquer um que já tenha descido as escadas correndo, também parecia muito mais confortável pulando de cima para baixo do que o contrário. Os saltos curtos e rápidos, acreditam os pesquisadores, são o que aranhas saltadoras como a Kim usam para capturar suas presas. Porém, embora algumas aranhas saltadoras sejam conhecidas por pular mais do que seis comprimentos de seu corpo, a Kim estabeleceu um limite em plataformas com mais de cinco comprimentos de corpo. Ela certamente era capaz de dar saltos maiores, já que muitas vezes ela ultrapassava saltos longos. Segundo os pesquisadores, isso sugere que a visão relativamente decente de Kim (para uma aranha) tende a falhar nessa distância. De qualquer forma, o desempenho da Kim ainda é superior ao de qualquer ser humano — o salto em distância humano médio fica em torno de 1,5 de comprimento do corpo. Aranhas saltadoras como a Kim podem diferir de outras maneiras de seus primos. Aranhas saltadoras geralmente secretam um pouco de seda enquanto se preparam para pular. Porém, embora alguns estudos tenham sugerido que essa seda as ajuda a se estabilizar durante o salto, esse não parece ser o caso de Kim. Em vez disso, a seda pode ser uma linha de segurança caso ela não consiga aterrissar. O corpo de Kim também foi analisado por meio de um scanner de tomografia computadorizada 3D, permitindo que os pesquisadores estudassem a geometria e a estrutura corporal de suas pernas em um nível de detalhe sem precedentes, disse Nawaby. E, como um todo, as coisas que podemos aprender com Kim podem fornecer muitas informações sobre como criar robôs igualmente ágeis. Cientistas já contaram com em insetos saltadores, como a pulga e o gafanhoto, para modelar robôs saltadores de longa distância. “A maioria dos robôs desenvolvidos é projetada para atingir os maiores saltos possíveis. Nosso estudo mostra que a atenção pode ser direcionada para a criação de robôs de salto inspirados em aranhas que priorizam a velocidade e a precisão em vez da distância do salto”, afirmou Nawaby. Talvez felizmente, seus experimentos posteriores sugerem que, embora tenhamos os materiais para criar dispositivos de salto em pequena escala que possam de alguma forma imitar Kim, ainda não temos o conhecimento necessário para copiar sua facilidade e sua graça ao fazê-lo. Mas, quando o fizermos, o céu pode ser literalmente o limite. “Nosso objetivo é usar esse melhor entendimento das aranhas para imaginar uma nova classe de microrrobôs ágeis que, atualmente, são impensáveis usando as tecnologias de engenharia de hoje”, disse Nawaby. Ainda existem algumas perguntas a serem respondidas sobre como a Kim pode pular do jeito que ela pula. As aranhas são conhecidas por usar pressão hidráulica interna para estender as pernas, e alguns cientistas especularam que as aranhas saltadoras usam essa pressão para impulsioná-las para a frente. Kim, no entanto, pareceu capaz de dar esses saltos só com sua potência muscular. “Neste estudo, o desempenho de salto das aranhas foi comparado com o de outros insetos”, comentou Nawaby. “Descobrimos que a energia muscular estimada é suficiente para impulsionar o salto, sugerindo que o aumento hidráulico pode estar presente, mas parece não ser energeticamente essencial.” Nabawy e sua equipe acreditam que experimentos mais sensíveis podem revelar que as aranhas saltadoras usam ambas as técnicas, dependendo da situação. []

Imagem do topo: Girupakaran Sivalingam, Bill Crowther e Mostafa Nabawy (Universidade de Manchester)