Estudo Sobre Pele de Tubarão Revela Insights para Melhorar a Eficiência de Aviões e Barcos

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio descobriram detalhes sobre como os grandes tubarões brancos reduzem o arrasto, o que pode levar a avanços no design de aeronaves e barcos. Seu estudo explora como as estruturas de pele únicas do tubarão – conhecidas como dentículos dérmicos – desempenham um papel chave na minimização do atrito enquanto o tubarão nada em várias velocidades.

A pele do grande tubarão branco é coberta com minúsculas estruturas semelhantes a dentes que ajudam a mover-se eficientemente pela água. Esses dentículos variam em forma, tamanho e espaçamento, permitindo que o tubarão mantenha altas velocidades durante a caça e percorra longas distâncias com gasto mínimo de energia.

Pesquisas anteriores usaram denticles de tubarão como inspiração para desenvolver riblets – pequenas cristas unidirecionais – para aviões e veleiros. No entanto, o Tokio Tech News relata que a variação na forma, tamanho e espaçamento dos denticles pelo corpo de um tubarão complica o entendimento. Essa variação torna desafiador entender completamente como esses fatores impactam coletivamente a redução do arrasto.

Este novo estudo destaca como diferentes alturas de crista nestes denticles contribuem para esta redução de arrasto. Cristas médias altas são particularmente eficazes em velocidades mais lentas, auxiliando em um cruzeiro eficiente, enquanto cristas laterais mais baixas tornam-se mais importantes durante rajadas de caça de alta velocidade.

Ao desenvolver modelos 3D desses dentículos, a equipe do Tokyo Tech conseguiu analisar como a altura e o espaçamento das cristas impactam na redução do arrasto. Suas descobertas sugerem que a combinação de cristas altas e baixas permite que o tubarão lide com uma ampla gama de velocidades de nado de maneira eficiente.

O professor associado Hiroto Tanaka, autor principal do estudo, explica: “Nossos cálculos sugerem que a combinação de cristas altas e baixas dos dentículos resulta da adaptação tanto a velocidades de nado lentas quanto altas, oferecendo robustez a diversas condições de nado”

Os pesquisadores utilizaram um scanner de tomografia computadorizada microfoco de raio-X. Este scanner criou modelos 3D detalhados dos dentículos. Em seguida, analisaram esses modelos para entender como o design dos dentículos afeta a redução do arrasto. O estudo se baseia em pesquisas anteriores de dinâmica de fluidos. Essa pesquisa mostrou que as cristas dos dentículos ajudam a levantar vórtices turbulentos para longe da pele do tubarão. Como resultado, o arrasto por fricção é reduzido.

Tanaka ainda observa, “Cristas altas provavelmente reduzem o arrasto em baixas velocidades de natação, e cristas alternadas altas e baixas reduzem o arrasto em altas velocidades de natação, cobrindo toda a gama de velocidades de natação. Nosso método de cálculo também pode ser aplicado a outros tubarões, incluindo espécies extintas.”

Esta pesquisa não apenas destaca a eficiência dos tubarões modernos, mas também abre potencial para inovação nos campos de engenharia. Ao imitar as estruturas de dentículos encontradas nos tubarões, os engenheiros podem projetar nervuras para aviões e barcos que reduzem o arrasto e melhoram o desempenho, muito parecido com a forma como os tubarões alcançam a eficiência ótima de natação.