A22 Desgaste de micro/nano estruturas

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As cerdas adesivas do inseto sofrem desgaste mecânico progressivo cada vez que o inseto caminha sobre superfícies abrasivas, e esse desgaste se acumula a cada passo da locomoção do inseto. A lei de Archard descreve como esse desgaste se comporta: o volume de cerdas perdido é proporcional à carga normal que as cerdas suportam e à distância que percorrem deslizando sobre a superfície, mas é inversamente proporcional à dureza dessa superfície — portanto, uma superfície de rocha ou concreto desgasta as cerdas adesivas muito mais do que uma superfície lisa de vidro.

Cada vez que esse desgaste reduz o comprimento das cerdas adesivas, seu ponto de rigidez ideal também muda: cerdas mais curtas tornam-se mais rígidas, e esse aumento de rigidez reduz a capacidade das cerdas de se adaptarem às irregularidades da superfície sobre a qual o inseto caminha.

Essa mesma perda de comprimento também tem um efeito direto na adesão do cogumelo: quanto mais curto o cogumelo se torna, menor o raio de contato que ele estabelece com a superfície — conforme descrito pela teoria de contato superficial de Hertz — e a adesão cai mais acentuadamente do que o comprimento perdido. Por exemplo, um cogumelo que encurta para 80% do seu comprimento original retém apenas 72% da sua adesão original: a perda de adesão é proporcionalmente maior do que a perda de comprimento que a causa.

Nas pontas dos cogumelos adesivos, o desgaste também deixa outra marca: aparecem fissuras submicrométricas que crescem a cada ciclo de fadiga, ou seja, a cada ciclo de adesão e desprendimento que o cogumelo realiza contra a superfície. Essas fissuras não crescem a uma taxa constante, mas sim aceleram à medida que a própria fissura aumenta de tamanho, seguindo o comportamento descrito pela lei de Paris-Erdogan: quanto mais uma fissura já cresceu, mais rápido ela continua a crescer no próximo ciclo.

O crescimento acelerado dessas fissuras é o que, em última análise, define a durabilidade de um cogumelo adesivo: o tempo de vida útil de Coffin-Manson prevê o número total de ciclos de adesão e desprendimento que o cogumelo adesivo pode tolerar antes de falhar, com base no grau de deformação que sofre em cada ciclo. Quanto maior a deformação por ciclo, menos ciclos o cogumelo adesivo pode suportar antes que a fissura que cresce em sua ponta o torne inutilizável, completando assim o processo de desgaste que começou com o cogumelo simplesmente friccionando contra uma superfície abrasiva.

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