Leonardo da Vinci nasceu em 15 de abril de 1452 em Vinci, Itália, muito perto de Florença. Um artista extremamente talentoso, também mostrou uma capacidade singular em projetar máquinas militares e, inspirado por sua paixão por aves, aparatos que poderiam permitir o impossível naquela época: voar.

Da Vinci trabalhou ativamente em pintura e esculturas, mas também desenhou armas e edifícios. Entre 1485 e 1490, Leonardo produziu vários tipos de objetos, como máquinas voadoras, produção teórica da matemática (incluindo a geometria e a mecânica), construção civil, canais de água para as cidades italianas e projetos de arquitetura. Além disso, Leonardo também se aventurou na “ciência do mar” e projetou submarinos.

Infelizmente, devido ao seu envolvimento em muitos e diferentes projetos, deixou vários deles inacabados, ficando apenas os desenhos para as gerações futuras.

E qual a importância de Leonardo da Vinci para a engenharia e para a área de materiais?

Bom, um dos pontos altos de Leonardo para a área de materiais foi no campo do atrito. No entanto, sua contribuição não é amplamente reconhecida. Da Vinci percebeu que o que impede o movimento perpétuo de um objeto é o atrito.

Além de ser um observador detalhista da natureza e do seu funcionamento, Leonardo chegou a essa conclusão sobre essa perda parcial de movimento estudando o voo dos pássaros e o nado dos peixes.

Ele fez experimentos importantes com objetos pesados, deixando-os escorregar em planos inclinados. 

Consequentemente, ele descobriu relações importantes entre os três parâmetros que são determinantes no fenômeno do atrito: o peso do objeto, a natureza das superfícies em contato e o ângulo de inclinação do deslizamento. Ele também concluiu que o atrito é independente da área de contato entre o objeto e a superfície onde ocorre o deslizamento.

Figura 1: Desenhos do aparelho experimental para medições de atrito de Leonardo da Vinci, presentes em suas anotações. Fonte: (Oliveira. 2019).

Leonardo também realizou alguns experimentos para medir os parâmetros envolvidos no atrito, como uma análise no que hoje é conhecido como coeficiente de atrito: a razão entre a pressão (força normal), as superfícies em contato e a força tangencial (força de atrito).

Um outro ponto importante de seus estudos foi na resistência dos materiais, onde Leonardo Da Vinci descreveu, em suas anotações, um experimento para estudar a resistência à tração de um fio metálico. Mas como foi esse experimento?

Basicamente, Da Vinci suspendeu uma cesta em um fio metálico com uma determinada espessura e comprimento. 

A cesta foi sendo lentamente preenchida por areia (vinda de outra cesta presa) e, no momento em que o peso fosse tanto que rompesse o fio metálico, a areia na cesta seria pesada para estabelecer a resistência à tração do fio.

Figura 2: Experimento da cesta suspensa de Leonardo da Vinci. Fonte: (Lund e Byrne. 2001).

Da Vinci realizou o mesmo experimento com o mesmo fio com a metade do comprimento inicial e, posteriormente, com um quarto do comprimento inicial. Concluindo que quanto maior o volume de um material, maior é a probabilidade de apresentar zonas defeituosas, favorecendo a falha.

Grande parte das máquinas desenhadas (e projetadas) por da Vinci já antevia uma modernidade que estava longe de acontecer. Suas máquinas de guerra, submarinos, carros de assalto, canhões, metralhadoras, parafuso voador (ancestral do helicóptero), pontes giratórias e tantos outros foram ideias precursoras de muitas tecnologias modernas de hoje.

Figura 3: Invenções de Leonardo da Vinci: (A) Um rolamento de esferas e (B) um parafuso para rolamento de esferas. Fonte: (Oliveira. 2019).

As obras de Leonardo da Vinci, no que diz respeito à suas máquinas, foram de extrema importância pois deram uma contribuição notável às ciências da engenharia em suas diversas modalidades: civil, mecânica, metalúrgica, materiais, naval e até aeronáutica. Um gênio além de seu tempo, teve um vislumbre da tecnologia que viria a ser criada séculos depois.

Este material revela a oportunidade de utilizar quase qualquer outro material comum como o seu próprio circuito integrado, capaz de "pensar" e responder ao seu ambiente. Tal material pode receber um estímulo mecânico, processá-lo e reagir a ele simultaneamente sem a necessidade de componentes electrónicos adicionais.

Este polímero mole é um condutor que contém circuitos reconfiguráveis capazes de combinações lógicas, e quando recebe um estímulo é transformado em informação eléctrica que é depois processada para criar um sinal de saída. Por outras palavras, este material pode utilizar forças mecânicas para resolver problemas aritméticos complexos, algo que os investigadores foram capazes de demonstrar. O processo de "pensamento" deste material é semelhante ao nosso, onde recebemos um estímulo, os nervos o transformam em sinais eléctricos que são processados no cérebro, o que diz ao corpo como reagir. Isto abre o caminho para uma ampla aplicação do material em sistemas autónomos de busca e salvamento, reparação estrutural e mesmo materiais bio-híbridos capazes de identificar, isolar e neutralizar agentes patogénicos transportados pelo ar.

Para esta conquista, os investigadores basearam-se num trabalho anterior sobre um metamaterial semelhante, mas limitado a operações lógicas e entradas e saídas binárias. Foram ajudados por um artigo de 1938 publicado por Claude E. Shannon, o Pai da Teoria da Informação, que descreveu uma forma de criar circuitos integrados utilizando redes de comutação mecânico-eléctricas.

Figura 1 - O material traduz uma força mecânica em sinais eléctricos que produzem um resultado computacional.

O passo seguinte, segundo os investigadores, é melhorar o material para que possa processar estímulos visuais, ou seja, adaptar o material para que tenha a capacidade de "ver". O objectivo final é criar um material com capacidade de navegação autónoma, seguindo sinais que o guiem e com os quais possa evitar obstáculos.