Como as câmeras de alta velocidade mudaram a pesquisa científica

Victoria Gill

BBC Nature

Um beija-flor praticamente flutua no ar enquanto se alimenta do néctar de uma flor.

Em cada batida de asas, os membros se flexionam e mudam de forma. Estes movimentos sutis controlam com precisão a estabilidade que as asas geram, tornando o pequeno pássaro um mestre na arte de parar no ar.

Por isso beija-flores são uma inspiração para engenheiros que querem fazer robôs igualmente pequenos e capazes de executar voos de precisão. Esses microrrobôs poderiam ser úteis para uso militar ou para operações de busca e salvamento.

Mas um beija-flor bate as asas até 80 vezes por segundo. A única maneira de capturar fielmente este movimento é com câmeras que vão, de fato, retardar o tempo.

É por isso que câmeras de alta velocidade ganharam importância na biologia. E na reunião deste ano da Sociedade de Biologia Experimental, na cidade de Valência, na Espanha, cientistas apresentaram alguns exemplos marcantes de sua utilização.

Equipes de pesquisa estão usando o equipamento para analisar o bater de asas do beija-flor, ou avaliar os danos de uma bala em um fio de seda natural, ou até mesmo para descobrir como os dinossauros se moviam.

Enquanto as imagens em nossas televisões são exibidas em 24 quadros (de imagens) por segundo, câmeras de alta velocidade podem capturar centenas e até milhares de quadros no mesmo período.

Ao tocar o vídeo gravado em câmera lenta, revelam-se detalhes que seriam invisíveis para nós.

Quatro patas no ar

"A ideia de usar câmeras de alta velocidade para compreender os movimentos biológicos rápidos remonta mais de um século", explicou o biólogo Nicolai Konow, que apresentou seu trabalho sobre os morcegos voando.

O trabalho de Konow combina raios-x com câmeras de alta velocidade para produzir imagens de morcegos voadores que revelam os segredos de como os morcegos se alimentam em seu voo.

Provavelmente o exemplo mais antigo do uso de câmeras para revelar o movimento de um animal que é rápido demais para ser percebido pelo olho humano foi o do fotógrafo inglês Eadweard Muybridge, que matou a charada sobre como os cavalos retiram as quatro patas do chão durante o galope.

Para tanto, Muybridge enfileirou câmeras que disparavam as fotos à medida que o cavalo rompia cordas no cavalgar.

Ver cada passo de galope de um cavalo foi revolucionário. Mas hoje em dia uma única câmera de alta velocidade nos permite ver eventos literalmente tão rápidos quanto uma bala.

Design e biologia

Beth Mortimer, da Universidade de Oxford, desenvolveu um experimento para disparar balas de plástico contra linhas de seda retiradas de um casulo do bicho-da-seda.

Disparar projéteis tão rápidos contra o material é uma técnica que engenheiros usam regularmente para ver como os componentes de motores a jato resistem à colisões com um pássaro.

"Nós estamos interessados em ver como as propriedades da seda mudam se você a deforma a taxas muito altas", explicou Mortimer.

"Podemos aprender que tipo de estruturas levam a que tipo de propriedades. E isso é importante em termos de design inspirado na biologia - a concepção de materiais que têm as mesmas propriedades que a seda, que é incrivelmente forte e flexível".

Seu colega de Oxford Clive Siviour acrescentou: "Nossos experimentos mostraram que a seda é muito superior às fibras sintéticas na absorção de energia sob essas condições".

"Ao compreender como a seda se comporta, teremos uma ideia de como seria produzir fibras mais fortes, mais resistentes e sustentáveis, utilizando os segredos da natureza."

Mesmo ao estudarem o comportamento de animais que foram extintos há milhões de anos os pesquisadores não deixam de usar câmeras de alta velocidade.

Mistério de 300 milhões de anos

Sandy Kawano e Richard Blob, da Universidade de Clemson, nos EUA, vêm tentando resolver um mistério que tem mais de 300 milhões de anos. Eles filmaram um peixe do gênero Periophthalmus, uma criatura anfíbia, que pode mover-se em terra, usando suas nadadeiras especialmente adaptadas.

"Nós estamos interessados em compreender como (animais de quatro patas) foram capazes de se mover em terra milhões de anos atrás", disse Kawano à BBC News. "Os peixes Periophthalmus são um animal útil porque compartilham muitas semelhanças com as espécies fósseis que foram importantes durante o período".

Com os peixinhos arrastando-se, os cientistas filmaram os movimentos e mediram as forças que as barbatanas geram no contato com o solo.

"O vídeo de alta velocidade nos permitiu alcançar novos patamares na compreensão de como o mundo funciona, porque nos dá a oportunidade de olhar para o movimento em escala mais refinada", acrescentou Kawano.

"É importante que sejamos capazes de capturar corretamente o que os animais estão fazendo, porque mesmo o menor dos movimentos pode influenciar a forma como o animal se comporta".

Avançando por centenas de milhões de anos, os pesquisadores britânicos estão usando as câmeras para examinar como os dinossauros podem ter caminhado.

'Muito além'

O cientista Peter Falkingham, do Royal Veterinary College em Londres, investiga o andar dos dinossauros a partir de pegadas fossilizadas.

"Deixar uma pegada parece muito simples", disse Falkingham.

"Mas nós realmente não sabemos o que acontece quando um pé vai abaixo da superfície dos sedimentos, por isso estamos usando estes raios-X de alta velocidade para entender o movimento do pé abaixo da superfície."

A equipe filmou galinhas-d’angola enquanto caminhavam por sedimento arenoso. Combinar as características de sua pegada a detalhes das pegadas resultantes permitirá aos cientistas tentar o mesmo em relação aos dinossauros.

O cientista ressaltou que há lições de engenharia que podem ser aprendidas a partir de como os dinossauros - especialmente os grandes - se movimentavam.

"O Tyranosaurus rex era um bípede (animal que se movia sobre duas pernas) de nove toneladas ", disse à

BBC News.

"Isso leva a biomecânica muito além de qualquer coisa que conhecemos agora."

Estudar aves, descendentes de dinossauros, poderia ajudar a recriar os movimentos dos gigantes pré-históricos.

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