Como a roda pode ter surgido nos Montes Cárpatos há quase 6.000 anos

Imagine que você é um minerador de cobre no sudeste da Europa no ano de 3900 a.C. Dia após dia, você arrasta minério de cobre pelos túneis sufocantes da mina.

Você já se conformou com a monotonia extenuante da vida no garimpo. Então, numa tarde, você vê um colega fazer algo extraordinário.

Com um artefato de aparência estranha, ele transporta com naturalidade o equivalente a três vezes o próprio peso em uma única viagem. Ao voltar para dentro da mina para buscar mais uma carga, você percebe de repente que a sua profissão está prestes a ficar muito menos penosa - e muito mais rentável.

O que você não sabe: está testemunhando algo que mudará o rumo da história - não apenas daquela pequena comunidade de mineração, mas de toda a humanidade.

Apesar do impacto imensurável da roda, ninguém tem certeza de quem a inventou, nem de quando e onde ela foi concebida pela primeira vez. O cenário hipotético acima se baseia numa teoria de 2015 segundo a qual mineradores dos Montes Cárpatos - na atual Hungria - teriam inventado a roda há quase 6.000 anos como forma de transportar minério de cobre.

Essa ideia ganhou força com a descoberta, por arqueólogos que trabalhavam na região, de mais de 150 vagões miniaturizados. Esses modelos pequenos, com quatro rodas, foram feitos de argila, e suas superfícies externas traziam gravuras com um padrão de trama que lembra o trançado de cestos usado por comunidades mineradoras da época.

Mais tarde, a datação por carbono revelou que esses vagõezinhos são as representações mais antigas conhecidas de transporte sobre rodas até hoje.

A hipótese também levanta uma pergunta que me interessa de modo especial, como engenheiro aeroespacial que estuda a ciência do projeto de engenharia: como uma sociedade mineradora pouco conhecida e sem base científica formal teria descoberto a roda, quando civilizações altamente avançadas, como os antigos egípcios, não o fizeram?

Uma ideia controversa

Por muito tempo, assumiu-se que as rodas teriam surgido a partir de simples roletes de madeira. Porém, até pouco tempo, ninguém conseguia explicar como - ou por que - essa transformação teria acontecido. Além disso, a partir da década de 1960, alguns pesquisadores passaram a levantar dúvidas fortes sobre a teoria do “rolete que vira roda”.

Afinal, para que roletes sejam úteis, é preciso um terreno plano e firme, além de um trajeto sem subidas e sem curvas muito fechadas. E há outro problema: depois que o carro passa por cima deles, os roletes usados precisam ser levados continuamente de volta para a frente, para que a carga continue avançando.

Por esses motivos, o mundo antigo usou roletes com parcimônia. Na visão dos céticos, eles eram raros demais e pouco práticos demais para terem sido o ponto de partida da evolução da roda.

Só que uma mina - com passagens confinadas, construídas por pessoas - teria oferecido condições mais favoráveis para roletes. Esse fator, entre outros, levou minha equipe a reexaminar a hipótese dos roletes.

Um ponto de virada

A passagem de roletes para rodas depende de duas inovações principais. A primeira é uma mudança no carro que leva a carga. A base do carro precisa receber encaixes semicirculares, que mantêm os roletes no lugar. Assim, quando o operador puxa o carro, os roletes são puxados junto, em vez de ficarem para trás.

Essa adaptação pode ter sido estimulada pela própria natureza apertada do ambiente da mina, onde ter de carregar periodicamente roletes já usados de volta para a frente do carro seria especialmente cansativo.

A adoção de roletes com encaixe marcou um ponto de virada na evolução da roda e abriu caminho para a segunda inovação - a mais importante.

O passo seguinte envolveu modificar os próprios roletes. Para entender como e por que essa mudança teria ocorrido, recorremos à física e à engenharia assistida por computador.

Simulando a evolução da roda

Para iniciar nossa investigação, criamos um programa de computador capaz de simular a evolução de um rolete até chegar a uma roda. Nossa hipótese era que essa transformação foi impulsionada por um fenômeno chamado “vantagem mecânica”.

É o mesmo princípio que permite que um alicate amplifique a força da pegada do usuário ao oferecer maior alavancagem. De modo semelhante, se conseguíssemos alterar a forma do rolete para gerar vantagem mecânica, isso ampliaria a força de empurrão do operador, facilitando o avanço do carro.

Nosso algoritmo funcionou modelando centenas de formas possíveis de roletes e avaliando o desempenho de cada uma delas, tanto em termos de vantagem mecânica quanto de resistência estrutural.

O segundo critério servia para indicar se um rolete quebraria sob o peso da carga. Como previsto, o algoritmo acabou convergindo para o formato familiar de roda e eixo, que ele apontou como ideal.

Durante a execução do algoritmo, cada novo desenho se saía um pouco melhor do que o anterior. Acreditamos que um processo evolutivo semelhante pode ter ocorrido com os mineradores há 6.000 anos.

Não está claro o que teria levado os mineradores, inicialmente, a experimentar formas alternativas de roletes. Uma possibilidade é que o atrito na interface entre rolete e encaixe tenha desgastado a madeira ao redor, provocando um leve estreitamento do rolete no ponto de contato.

Outra explicação é que os mineradores começaram a afinar os roletes para que seus carros conseguissem passar por pequenas obstruções no chão.

De um jeito ou de outro, por causa da vantagem mecânica, esse estreitamento na região do eixo tornava os carros mais fáceis de empurrar. Com o passar do tempo, os desenhos que funcionavam melhor eram escolhidos repetidas vezes em detrimento dos demais, e novos roletes eram feitos para imitar os de melhor desempenho.

Como consequência, os roletes foram ficando cada vez mais estreitos, até que restou apenas uma barra fina com grandes discos nas duas extremidades. Essa estrutura rudimentar marca o nascimento daquilo que hoje chamamos de “a roda”.

Segundo nossa teoria, não existiu um instante preciso em que a roda foi inventada. Em vez disso, assim como na evolução das espécies, ela teria surgido gradualmente, a partir do acúmulo de pequenas melhorias.

Este é apenas um dos muitos capítulos da longa - e ainda em curso - evolução da roda. Mais de 5.000 anos após as contribuições dos mineradores dos Cárpatos, um mecânico de bicicletas parisiense inventou os rolamentos radiais de esferas, que novamente revolucionaram o transporte com rodas.

Ironicamente, os rolamentos de esferas são, em conceito, idênticos aos roletes - o precursor evolutivo da roda. As esferas formam um anel ao redor do eixo, criando uma interface rolante entre o eixo e o cubo da roda, contornando o atrito. Com essa inovação, a evolução da roda completou um ciclo.

Esse exemplo também mostra como a evolução da roda, assim como sua forma icônica, percorre um caminho sinuoso - sem começo nítido, sem fim, e com inúmeras revoluções silenciosas ao longo do trajeto.

Kai James, Professor de Engenharia Aeroespacial, Georgia Institute of Technology

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.