Peixe fantasmagórico nada sem se dobrar, e engenheiros tentam imitar essa habilidade.

O peixe-faca fantasma preto consegue avançar, recuar e pairar no lugar recorrendo a uma única barbatana comprida na parte inferior do corpo, mantendo o tronco rígido, segundo uma investigação recente.

Esta descoberta aponta para um tipo alternativo de veículo subaquático - capaz de trocar hélices por um controlo muito mais fino em contextos onde a precisão de movimento é crucial.

Barbatana longa do peixe-faca fantasma preto

Em gravações de alta velocidade do peixe-faca fantasma preto, a barbatana extensa sob o corpo gerava ondulações em deslocamento, enquanto o tronco permanecia quase totalmente imóvel.

Na Northwestern Polytechnical University (NPU), Ze-Jun Liang registou de que forma essas ondas criavam impulsão e orientação sem exigir que o peixe dobrasse o corpo.

Essa mesma barbatana não dependia de um único padrão fixo: à medida que o movimento se alterava, o peixe ajustava tanto o sentido como o comportamento das ondas.

Por isso, o resultado vai além de uma simples curiosidade de locomoção animal e conduz a uma questão mais profunda: o que é que, concretamente, na barbatana torna possível esse nível de controlo?

Estabilidade e controlo de direção

Quando nadava para a frente, as ondulações começavam junto à cabeça e deslocavam-se em direção à cauda ao longo da barbatana comprida na zona ventral.

Para se mover em marcha-atrás, o padrão invertia-se, fazendo com que a impulsão passasse a apontar no sentido oposto, enquanto o corpo quase não flectia. Quando ondas avançavam uma contra a outra e se encontravam, formava-se um ponto em que forças opostas se anulavam parcialmente.

Trabalhos anteriores com robôs indicam que um mecanismo semelhante de anulação de forças pode aumentar a estabilidade e também melhorar o controlo em curva.

Porque é que a rigidez fazia diferença

Manter o tronco direito não era apenas uma questão de suavidade ao nadar, porque esta espécie também detetava objetos nas proximidades através de eletricidade.

Tal como outros peixes eletrógenos fracos, recorria à eletrolocalização, detetando distorções no campo que ele próprio gera, para identificar objetos em águas escuras.

Um corpo rígido ajuda a estabilizar esses sinais, o que explica por que motivo esta espécie interessa tanto a engenheiros como a biólogos.

Essa ligação entre deteção e natação torna o peixe particularmente relevante para robôs que transportam câmaras, sondas ou outro equipamento sensível.

Velocidade de cruzeiro do peixe-faca fantasma preto

A velocidade variava de forma mais direta quando a barbatana batia mais depressa, e não quando a forma global da onda mudava muito.

Na nova análise, a frequência das ondas acompanhou a velocidade de cruzeiro de maneira mais fiável do que a altura da onda ou o número de ondas ao longo da barbatana.

Em 32 sequências de natação consideradas utilizáveis e quase 2,000 momentos registados, esse sinal temporal manteve-se como o indicador mais forte da velocidade.

Isto pode ser vantajoso em robótica, porque um sistema de controlo consegue ajustar o ritmo com mais facilidade do que “refazer” uma barbatana durante a natação.

Sistemas biológicos sofisticados

A forma também teve peso, uma vez que a barbatana era mais alta perto do meio do corpo, em vez de manter uma altura uniforme.

A altura máxima atingia cerca de 24 por cento da altura do corpo - suficiente para deslocar água, preservando ao mesmo tempo um perfil hidrodinâmico.

“As nossas conclusões mostram que os sistemas biológicos reais são muito mais sofisticados”, afirmou Liang. Esse desfasamento ajuda a perceber por que razão muitas barbatanas de protótipo parecem impecáveis no papel, mas se comportam menos como um peixe vivo.

Porque é que as hélices têm dificuldades

As hélices convencionais são excelentes a empurrar água para trás em trajetos livres, mas perdem finesse em espaços apertados e a baixa velocidade.

“Os sistemas tradicionais baseados em hélices têm dificuldades em manobrabilidade a baixa velocidade e em estabilidade em ambientes complexos”, disse Peng Xu, autor correspondente e investigador no Ocean Institute da NPU.

Robôs com barbatanas longas e flexíveis abordam o problema de outra forma, porque pequenas ondas conseguem redirecionar a força sem obrigar o casco a descrever curvas amplas.

Isso pode ser determinante em tubagens, recifes, naufrágios ou operações de salvamento, onde toques, ruído e mudanças rápidas de direção tornam as hélices pouco práticas.

Robôs em água turva

Os engenheiros não escolheram esta espécie apenas por motivos de velocidade, já que o seu plano corporal também oferece espaço para sensores a bordo.

Uma revisão anterior defendeu que corpos rígidos e propulsão com barbatana longa podem ajudar robôs a detetar e a deslocar-se em água turva.

Essa combinação é importante porque um robô que mantém os sensores estáveis consegue mapear um espaço desorganizado, enquanto faz correções rápidas de trajetória.

Equipas de inspeção e de busca valorizam precisamente esse equilíbrio entre controlo e perceção quando a água fica suja ou congestionada.

Limitações do estudo

Por mais rico que fosse o conjunto de dados, resultou de peixes a nadar livremente em água parada. Turbulência, paredes e obstáculos súbitos podem alterar as forças que atuam em qualquer barbatana, incluindo uma baseada neste desenho.

Além disso, os investigadores trabalharam com um conjunto limitado de casos de movimento, suficiente para identificar padrões, mas não para cobrir todas as condições do mundo real.

Qualquer robô inspirado no peixe terá, ainda assim, de ser testado com correntes, em cantos apertados e em terrenos subaquáticos irregulares.

Do peixe ao código

Transformar biologia num veículo implica agora traduzir os padrões de ondulação da barbatana em software e hardware de controlo.

Protótipos futuros vão exigir materiais flexíveis, motores com temporização precisa e algoritmos que alternem entre movimento de uma onda e de duas ondas.

Esse trabalho decorre diretamente do plano da equipa de desenvolver robôs guiados por ondas para água turbulenta e espaços confinados.

Se estes componentes funcionarem em conjunto, submersíveis futuros poderão inspecionar locais difíceis sem agitar tanta água nem arriscar o embate de uma hélice.

A nova descrição do peixe-faca fantasma preto liga forma corporal, temporização das ondas, necessidades de deteção e controlo de direção numa narrativa de conceção aplicável.

Essa abordagem não vai substituir todas as hélices, mas dá aos engenheiros um ponto de partida mais preciso para máquinas que têm de se mover com cuidado debaixo de água.