Um time de pesquisadores descobriu que teias de aranhas contam com uma importante propriedade dos semicondutores — mas em vez de explorar essa propriedade para manipular elétrons, é possível manipular som e calor.

Segundo o estudo publicado na Nature Materials, a teia de aranha é capaz de bloquear certas quasipartículas do som (chamadas de “fônons”) dependendo da frequência, da mesma forma que semicondutores podem bloquear determinados elétrons. “Há uma gama de frequências que são bloqueadas”, disse Edwin Thomas, da Rice University, em um comunicado. “Se você transmitir um som em uma determinada frequência, ela não passará pelo material.”

• Cientistas analisaram o DNA das teias de aranha e os resultados são assustadores
• A seda da aranha é ainda mais incrível do que pensávamos

O fenômeno é conhecido como “gap de energia“, e é o que permite que cientistas “afinem” materiais com essa propriedade, para aplicações específicas. Cristais fotônicos fazem isso com ondas de luz — o mineraloide opala é uma ocorrência natural disto. Cristais fonônicos fazem o mesmo com o som, mas é a primeira vez que que alguém consegue encontrar um gap de energia nesse tipo de material.

As teias de aranha são fortes como aço e flexíveis como borracha. E é por isso que inspirou uma série de materiais sintéticos, como o kevlar e o nylon. Além disso, as teias são grudentas (para pegar presas), têm propriedades antimicrobianas naturais, é hipoalergênica e biodegradável.

Todas essas propriedades vêm da estrutura cristalina intrincada na teia. Existem camadas mais rígidas que a mantêm segura e áreas mais suaves que a mantêm flexível. Duas proteínas ricas em alanina são incorporadas num polímero para fazer a fibra, embora outro aminoácido, a glicina, corresponda a 70% do material. Uma dessas duas proteínas tem uma estrutura super ordenada, enquanto a outra tem uma estrutura menos ordenada. Essa tensão é o que proporciona a força e elasticidade dela.

teia-propriedadeA microestrutura da teia de aranha que ajuda a transmitir os fônons — quasipartículas do som. Imagem: Dirk Schneider.

As aranhas também podem detectar quando uma presa é capturada ou quando a teia é danificada, por meio das vibrações que correm por ela. Aparentemente o aracnídeo consegue distinguir entre diferentes frequências graças a capacidade de amortecimento da seda da aranha.

Quando Thomas e sua equipe examinaram a microestrutura da seda de aranha, eles descobriram que ao esticar e contrair as cadeias suaves que conectam os cristais proteicos mais rígidos, mudam-se as propriedades acústicas do material. Eles também conseguiram controlar a posição do gap de energia, simplesmente ao mudar a pressão aplicada à teia. Elas podem ser ajustada inclusive para algumas propriedades térmicas.

“Cristais fonônicos te dão a habilidade de manipular as ondas do som, e se você consegue tê-lo pequeno o suficiente, mas com altas frequências, você começa a falar de calor” explica Thomas. “Ser capaz de fazer o calor fluir por um caminho do que por outro, ou não fazê-lo fluir de maneira alguma, significa que você está tornando o material um isolante térmico.”

Se os cientistas conseguirem reproduzir a microestrutura cristalina que fazem as teias de aranha serem tão especiais, eles podem traduzir isso na produção de novos materiais sintéticos — por exemplo, guias de onda ou materiais que possam atenuar o som ou isolá-lo.

[Nature Materials]