Como o hobby de um engenheiro japonês solucionou um grande problema no trem-bala

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Image caption Trem-bala fazia muito barulho ao sair dos túneis, o que era problema em zonas habitadas

Quando o trem-bala japonês atingiu uma velocidade de cerca de 270 km/h, a empresa responsável pelo sistema de transporte se viu diante de um problema.

Toda vez que o trem saía de um túnel, fazia um barulho tão alto que podia ser ouvido a 400 metros de distância.

O veículo comprimia o ar dentro do túnel de tal forma que, quando saía, produzia uma explosão sonora - problema considerável para as áreas residenciais próximas.

Mas, para a sorte da Japan Railway West (JR West), empresa responsável pelo sistema de transporte, um de seus engenheiros tinha um hobby que seria crucial para resolver a questão.

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Image caption Trens comprimiam ar dentro do túnel de tal forma que provocavam explosão sonora ao sair

O engenheiro Eiji Nakatsu, ávido observador de pássaros, encontrou uma solução inspirada no voo do martim-pescador.

Nakatsu também corrigiu outros aspectos do projeto com base nas penas de uma coruja e no abdômen de um pinguim.

O trem modificado pelo engenheiro foi inaugurado em 1997 e, para comemorar o 20º aniversário de seu célebre design, Nakatsu participa de uma rodada de palestras em universidades dos Estados Unidos, lembrando a importância de observar e aprender com a natureza.

'Sem espirrar água'

A Shinkansen, rede ferroviária de alta velocidade do Japão, tem sido há décadas uma prioridade para o governo.

A primeira linha (Tokaido Shinkansen), que liga a capital Tóquio e a cidade de Osaka, foi inaugurada para os Jogos Olímpicos de 1964. Com cerca de 515 quilômetros, estima-se que ela tenha transportado mais de 4 bilhões de passageiros até 2010.

O sistema ferroviário no Japão é usado atualmente por cerca de 64 milhões de pessoas todos os dias.

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Image caption Nakatsu observou que quando o martim-pescador mergulhava, quase não espirrava água

Resolver o problema da explosão sonora era crucial para a Japan Railway West. E, para solucionar a questão, Nakatsu se baseou em suas próprias observações.

O engenheiro lembrava que quando o pássaro martim-pescador mergulhava em alta velocidade, saindo do ar, um fluido de pouca resistência, para outro 800 vezes mais denso, a água, quase não espirrava líquido.

O segredo está na forma aerodinâmica do seu bico.

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Image caption Parte dianteira do trem-bala é inspirada no bico do martim-pescador

Nakatsu projetou vários protótipos da parte dianteira do trem que foram testados em seu laboratório. E o protótipo que fez menos barulho foi justamente aquele que se parecia com o bico de um martim-pescador.

Corujas e pinguins

Outro fator que contribuía para o ruído era o pantógrafo ferroviário, mecanismo articulado na parte superior do trem que transmite energia elétrica.

O ar que passava pelo pantógrafo era deslocado, formando os chamados vórtices de Karman, padrões em redemoinho gerados quando uma camada de fluido é separada ao passar por um objeto, causando turbulência.

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Image caption Penas dentadas da coruja permitem voo silencioso

Nakatsu projetou então um novo pantógrafo, inspirado na forma das penas da coruja, ave conhecida por seu voo silencioso.

As penas da coruja têm bordas irregulares que fragmentam o fluxo de ar que passa sobre elas, reduzindo o som.

O engenheiro também redesenhou a base do pantógrafo. Ele criou um novo modelo com base no abdômen liso de uma espécie de pinguim da Antártida, o pinguim-de-adélia, que desliza com uma resistência mínima na água.

Image caption Nakatsu se baseou nas penas da coruja para redesenhar o pantógrafo, mecanismo articulado que transmite eletricidade ao trem | Foto: WikiCommons

Biomimética

O novo trem-bala Shinkansen 500, projetado por Nakatsu, conseguiu alcançar uma velocidade de 320 km/h sem exceder o limite de 70 decibéis estabelecido pelo governo para áreas residenciais.

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Image caption Superfície lisa do corpo do pinguim-de-adélia também inspirou o engenheiro

Duas décadas depois, essa versão do trem-bala é citada como um dos melhores exemplos de inovação inspirada na natureza ou biomimética, termo popularizado pela escritora americana Janine Benyus.

Ela publicou em 1997 um livro que marcou o início de uma nova era no design: Biomimética: inovação inspirada na natureza.

"Geralmente, quem projeta tudo ao nosso redor nunca foi a uma aula de biologia e, portanto, é realmente principiante na forma como a natureza funciona", afirma Benyus no site do The Biomimicry Institute, instituto fundado por ela em 2006, com sede no Estado de Montana, nos Estados Unidos.

"Muitos designers observam o que outros designers fazem, mas com isso eles veem apenas tecnologias humanas."

Formas e ecossistemas

Em vez disso, a biomimética propõe aprender com as formas da natureza, seus processos e ecossistemas.

Alguns exemplos desse design são substâncias adesivas inspiradas nas patas dos geckos (répteis escamados da família dos lagartos), materiais que são limpos com a chuva, como as folhas de uma flor de lótus, ou processos de produção em que não há desperdício como no ecossistema de uma floresta.

No caso do trem redesenhado por Eiji Nakatsu, o engenheiro não apenas reduziu o ruído, como também fez seu modelo ser 10% mais rápido e usou 15% menos eletricidade do que as versões anteriores.

E, como destaca o The Biomimicry Institute, a façanha foi possível graças às penas de uma coruja, ao abdômen de um pinguim e ao bico de um martim-pescador.

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