Um dos peixes mais estranhos do oceano pode ensinar robôs a nadar em silêncio

Com corpo comprido, achatado e prateado, o peixe-remo parece ter saído de uma ilustração de uma antiga criatura marinha. Raramente observado vivo por seres humanos, ele também possui uma forma de nadar incomum: em vez de movimentar todo o corpo de um lado para o outro, consegue avançar usando ondas que percorrem uma enorme nadadeira nas costas.

Agora, cientistas descobriram com mais detalhes como esse mecanismo funciona, e a resposta pode ajudar engenheiros a desenvolver grandes robôs submarinos capazes de se deslocar de maneira silenciosa, sem assustar os animais que estão sendo observados.

O estudo foi publicado nesta quarta-feira (30) na revista científica Ichthyology & Herpetology por pesquisadores ligados à Universidade Cornell, ao Virginia Institute of Marine Science, ao Smithsonian e a outras instituições. É a primeira descrição detalhada do conjunto de músculos e articulações que permite aos raios da nadadeira dorsal do peixe-remo realizarem movimentos surpreendentemente complexos.

Cada parte da nadadeira funciona quase como um joystick

Ao longo das costas do peixe-remo existem centenas de raios, estruturas rígidas semelhantes a pequenos ossos que sustentam a membrana da nadadeira.

O estudo mostrou que cada um desses raios está conectado a cartilagens, músculos e a uma articulação semelhante às chamadas articulações de bola e soquete. Essa configuração permite que cada raio gire individualmente em um círculo completo, quase como um joystick.

Quando centenas deles trabalham juntos, produzem ondas que percorrem a nadadeira dorsal. Essas ondas empurram a água e permitem ao peixe mover-se para frente ou para trás com grande controle. Uma parte da nadadeira pode inclusive gerar uma onda em uma direção enquanto outra parte se move no sentido oposto.

Ele consegue nadar sem balançar o corpo inteiro

Essa é uma diferença importante em relação a muitos outros peixes de corpo alongado. Uma enguia, por exemplo, avança criando ondulações que percorrem grande parte de seu corpo. O peixe-remo também pode fazer movimentos desse tipo, mas possui uma alternativa: deixar o corpo relativamente estável e fazer a maior parte do trabalho com a nadadeira dorsal.

Essa forma de locomoção é conhecida como ribbon-fin swimming, algo próximo de “natação por nadadeira em fita”. O movimento permite que o animal se desloque com menos movimentação lateral do corpo e pode ajudá-lo a aproximar-se silenciosamente de pequenas presas.

Um gigante que pode chegar a 8 metros

Peixes-remo estão entre os animais mais incomuns dos oceanos. Existem apenas duas espécies reconhecidas pela ciência dentro do grupo estudado, distribuídas por oceanos ao redor do mundo. Os maiores exemplares do peixe-remo-gigante podem chegar a cerca de 8 metros de comprimento, fazendo dele o maior peixe ósseo conhecido em comprimento.

Apesar do tamanho impressionante, sua alimentação inclui pequenos crustáceos. O animal também já foi observado mantendo o corpo quase na vertical enquanto se alimenta, postura que a enorme nadadeira dorsal ajuda a controlar.

Estudar sua anatomia, no entanto, não é simples. Peixes-remo são raramente observados vivos e seus corpos extremamente alongados podem se partir em segmentos depois da morte. Isso faz com que exemplares completos disponíveis para pesquisa sejam incomuns.

Cientistas usaram raio-X, tomografia e dissecação

Para descobrir como a nadadeira funciona, os pesquisadores combinaram diferentes técnicas. Eles realizaram dissecações e análises histológicas de tecidos, estudaram radiografias de um exemplar conservado no Smithsonian Institution e produziram tomografias computadorizadas em Cornell.

Também analisaram vídeos mostrando os raios da nadadeira dorsal em movimento. Foi essa combinação que revelou o sistema formado por músculos, cartilagens e articulações capaz de dar aos raios uma liberdade de movimento muito maior do que parecia inicialmente.

A ideia é levar o mecanismo para robôs submarinos

A pesquisa ganhou uma aplicação inesperada quando o engenheiro de robótica Rob Shepherd, da Universidade Cornell, começou a estudar maneiras de construir um grande robô submarino que pudesse se movimentar silenciosamente.

O objetivo seria desenvolver uma plataforma de monitoramento oceânico capaz de carregar instrumentos científicos e se deslocar entre peixes e outros animais sem produzir o nível de ruído e turbulência provocado por embarcações ou sistemas convencionais de propulsão.

Foi nesse contexto que Shepherd procurou o ictiólogo Willy Bemis para entender melhor a forma de nadar do peixe-remo. A colaboração acabou levando ao estudo anatômico agora publicado.

O projeto também despertou interesse do Office of Naval Research, órgão de pesquisa da Marinha dos Estados Unidos, que financiou parte do trabalho ligado ao conceito de uma plataforma submarina de grande porte.

Isso não significa, porém, que um robô-peixe-remo já esteja pronto para entrar no oceano. O trabalho publicado agora é principalmente uma investigação sobre a anatomia e a biomecânica do animal. O mecanismo estudado fornece princípios que poderão orientar futuros sistemas de propulsão inspirados nele.

Natureza já chegou a essa solução várias vezes

Segundo os pesquisadores, sistemas de natação baseados em grandes nadadeiras semelhantes a fitas surgiram de forma independente aproximadamente dez vezes durante a evolução dos peixes ósseos.

Isso significa que diferentes grupos de peixes encontraram soluções parecidas para o mesmo problema físico: mover-se e controlar a posição do corpo dentro da água.

Ainda não se sabe, porém, se essas outras espécies também possuem raios capazes de girar como os encontrados no peixe-remo. Essa será uma das perguntas para estudos futuros.

Para a robótica, entender essas diferentes soluções naturais pode revelar alternativas às hélices e aos sistemas mecânicos usados atualmente.