Uma equipa de engenheiros conseguiu duplicar a rigidez de um material inspirando-se no crescimento dos fungos. Um caminho promissor para materiais sustentáveis e leves. Um grupo de engenheiros da Universidade de Binghamton e da UC Merced descobriu que a chave para criar materiais mais fortes e leves pode estar na estrutura interna dos fungos. Ao estudar como os filamentos microscópicos chamados hifas se organizam dentro de diferentes espécies, os investigadores conseguiram simular redes que mudam de resistência de acordo com a orientação das suas fibras. Isso abre as portas para materiais bioinspirados que não requerem novos compostos, apenas uma arquitetura mais inteligente.
A descoberta, publicada na revista Advanced Engineering Materials, revela que os fungos não são apenas organismos fascinantes do ponto de vista biológico, mas também oferecem lições valiosas para a engenharia. Em particular, o estudo se concentrou em dois tipos de cogumelos: o cogumelo branco, com uma disposição aleatória de hifas, e o maitake, cuja estrutura interna tem uma orientação definida. Esta simples mudança na ordem interna gera uma diferença radical nas suas propriedades mecânicas.
Os resultados foram surpreendentes: sem adicionar novos componentes nem alterar a composição química, os investigadores conseguiram duplicar a rigidez do material nas suas simulações computacionais. O segredo estava na forma como os fios microscópicos que formam a estrutura se orientam, um princípio com aplicações potenciais em campos como a aviação, a medicina ou o design de embalagens sustentáveis.
Hifas: os fios invisíveis que sustentam os fungos (e talvez o futuro da engenharia)
Os fungos são formados por hifas, finos fios de células fúngicas que crescem formando redes densas e complexas. Embora invisíveis a olho nu, estas estruturas são capazes de formar corpos frutíferos como os cogumelos e dotá-los de uma resistência estrutural surpreendente. Algumas espécies, na verdade, podem abrir caminho até mesmo entre o concreto para emergir à superfície.
Em laboratório, os cientistas extraíram toda a água dos fungos para se concentrarem na sua arquitetura interna sem que a humidade influenciasse os resultados.
Em seguida, utilizaram microscopia eletrónica e testes de compressão para avaliar a resistência dos diferentes tipos de hifas quando submetidas a pressão em diferentes ângulos. Assim, comprovaram que nem todos os fungos são iguais por dentro.
Em contrapartida, os cogumelos brancos, com as suas hifas orientadas aleatoriamente, apresentavam a mesma maciez independentemente da direção em que eram pressionados. A orientação do tecido, mais do que a sua composição, fazia a diferença.
Modelar o futuro: da floresta às simulações 3D
Para verificar se essa organização influenciava tanto quanto parecia, a equipa construiu modelos computacionais em 3D usando estruturas conhecidas como tesselações de Voronoi. Essas redes digitais imitam como as hifas se conectam e permitem simular o que acontece quando forças externas são aplicadas de diferentes ângulos.
As simulações revelaram que, ao mudar a orientação dos filamentos de horizontal para vertical, a rigidez do material quase duplicava. Ou seja, sem alterar um único ingrediente, apenas reorganizando os elementos, era possível obter um material muito mais resistente. E em certos ângulos intermediários, como 60 graus, o comportamento era semelhante ao dos cogumelos com hifas aleatórias.
Esta descoberta tem um potencial revolucionário: poderia permitir o design de estruturas fortes, leves e sustentáveis sem a necessidade de utilizar materiais caros ou difíceis de reciclar. Em vez de procurar novas substâncias, bastaria copiar o padrão oculto na natureza.
Além do laboratório: para que servem os materiais inspirados em fungos?
O estudo sugere que uma reconfiguração estratégica do design interno pode substituir processos químicos complexos ou o uso de materiais compostos. Isso é especialmente relevante para a indústria aeroespacial, onde cada grama conta e os materiais devem suportar forças em direções específicas. Uma asa de avião ou um satélite poderiam se beneficiar dessa estratégia natural.
Na medicina, a ideia de copiar a arquitetura dos fungos poderia ser aplicada na fabricação de próteses, onde a rigidez deve ser ajustada para imitar o osso humano sem ser muito frágil ou excessivamente rígida. Também permitiria personalizar dispositivos médicos de acordo com as necessidades de cada paciente.
Além disso, empresas que trabalham com materiais biodegradáveis — como couro de micélio ou embalagens à base de fungos — poderiam melhorar os seus produtos sem mudar a matéria-prima.
Controlando a direção do crescimento das hifas durante o cultivo, poderiam fabricar objetos com propriedades mecânicas específicas, mais duráveis ou mais flexíveis, conforme necessário.
O desafio de simplificar o complexo
Embora os resultados sejam promissores, a equipa reconhece certas limitações. Por exemplo, os experimentos foram realizados com fungos secos, o que não reflete completamente como eles se comportam no seu estado natural. Além disso, a variabilidade entre fungos reais e as simplificações necessárias para os modelos digitais podem deixar de fora certos fatores.
Ainda assim, o facto de estruturas tão simples como os filamentos poderem explicar variações tão grandes na resistência de um material oferece um campo fértil para investigações futuras. Uma das chaves está em explorar outras direções de esforço, além da compressão vertical testada neste estudo.
A boa notícia é que o design bioinspirado já não precisa de ser intuitivo ou experimental. Com modelos como os desenvolvidos por esta equipa, os engenheiros poderiam prever com precisão o comportamento de um material antes de o construir, poupando tempo, dinheiro e recursos.
O que os fungos podem ensinar-nos sobre sustentabilidade
Para além da inovação técnica, este trabalho levanta uma reflexão mais profunda: a natureza já resolveu muitos dos desafios que enfrentamos na engenharia atual. Os fungos, com a sua rede de hifas microscópicas, lembram-nos que a organização interna pode ser tão decisiva quanto os próprios materiais.
O micélio — a parte subterrânea do fungo — tem captado o interesse de designers, arquitetos e ecologistas por sua capacidade de criar estruturas resistentes, biodegradáveis e adaptáveis. Este novo estudo vai um passo além, fornecendo a base científica para entender como essas propriedades emergem de dentro.
Como expressou Mir Jalil Razavi, da Universidade de Binghamton e um dos autores do estudo: «Estamos apenas a começar a aprender o que a natureza pode ensinar-nos. Talvez, ao observar atentamente um fungo, estejamos a espreitar os planos dos materiais do futuro.»
