Como a roda pode ter surgido com os mineiros dos Cárpatos há 6.000 anos

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

Você já se conformou com a rotina extenuante e repetitiva da vida no subsolo. Até que, numa certa tarde, vê um colega fazer algo fora do comum.

Com uma engenhoca de aparência estranha, ele leva com naturalidade, em uma única viagem, um peso equivalente a três vezes o próprio corpo. Quando ele volta para a mina para buscar outra carga, cai a ficha: a profissão que você escolheu está prestes a exigir bem menos esforço - e a render bem mais.

O que você não tem como perceber é que está diante de algo que vai alterar o rumo da história - não apenas da sua pequena comunidade mineradora, mas de toda a humanidade.

Apesar do impacto incalculável da roda, ninguém sabe ao certo quem a criou, nem exatamente quando e onde ela foi imaginada pela primeira vez. A cena hipotética acima se apoia em uma teoria de 2015 segundo a qual mineiros dos Montes Cárpatos - na Hungria atual - teriam inventado a roda há quase 6.000 anos para transportar minério de cobre.

Essa proposta ganhou força depois que arqueólogos que trabalhavam na região encontraram mais de 150 vagões em miniatura. Esses modelos pequenos, com quatro rodas, foram feitos de argila e traziam na parte externa um padrão gravado que lembra uma trama de vime, semelhante à cestaria usada pelas comunidades mineradoras da época.

Mais tarde, a datação por carbono indicou que esses vagões são as representações mais antigas já conhecidas de transporte sobre rodas.

A hipótese também levanta uma pergunta que me interessa de modo especial, como engenheiro aeroespacial que pesquisa a ciência do projeto de engenharia: como uma sociedade mineradora obscura, sem base científica, chegou à roda, enquanto civilizações altamente avançadas, como a do Egito antigo, não chegaram?

Uma ideia controversa

Durante muito tempo, aceitou-se a noção de que as rodas teriam se desenvolvido a partir de rolos simples de madeira. Porém, até pouco tempo atrás, ninguém conseguia esclarecer como ou por que essa mudança teria acontecido. Além disso, a partir da década de 1960, alguns pesquisadores passaram a questionar com força a teoria do caminho “dos rolos para a roda”.

Afinal, para que rolos funcionem, é preciso um terreno plano e firme, além de um percurso sem inclinações e sem curvas acentuadas. E há outro problema: quando o carro passa por eles, os rolos já usados precisam ser recolocados continuamente na frente para que a carga continue avançando.

Por esses motivos, os rolos foram empregados de forma limitada no mundo antigo. Para os céticos, eles eram raros demais e pouco práticos demais para terem servido como ponto de partida na evolução da roda.

Só que uma mina - com passagens fechadas e construídas por pessoas - teria oferecido condições mais favoráveis ao uso de rolos. Esse aspecto, entre outros, levou minha equipe a reavaliar a hipótese dos rolos.

Um ponto de virada

Passar de rolos para rodas exige duas inovações essenciais. A primeira é uma alteração no carro que leva a carga. A base do carro precisa receber encaixes semicirculares, capazes de manter os rolos no lugar. Assim, quando o operador puxa o carro, os rolos são puxados junto.

Essa ideia pode ter surgido por causa do ambiente apertado da mina, em que ter de carregar periodicamente os rolos usados de volta para a frente do carro seria especialmente penoso.

A adoção de rolos com encaixe marcou um ponto de inflexão na trajetória até a roda e abriu caminho para a segunda - e mais decisiva - inovação.

O passo seguinte exigiu modificar os próprios rolos. Para entender como e por que isso teria ocorrido, recorremos à física e à engenharia assistida por computador.

Simulando a evolução da roda

Para iniciar a investigação, desenvolvemos um programa de computador feito para simular a passagem de um rolo para uma roda. Nossa hipótese era que essa transformação foi impulsionada por um fenômeno chamado "vantagem mecânica".

É esse mesmo princípio que permite que um alicate amplifique a força da mão ao oferecer maior alavancagem. Do mesmo modo, se fosse possível alterar o formato do rolo para produzir vantagem mecânica, a força de empurrar do usuário seria amplificada, facilitando o avanço do carro.

Nosso algoritmo funcionava modelando centenas de formatos possíveis de rolos e avaliando o desempenho de cada um, tanto em termos de vantagem mecânica quanto de resistência estrutural.

Essa última métrica servia para estimar se um determinado rolo se partiria sob o peso da carga. Como prevíamos, ao final o algoritmo convergiu para a conhecida forma de roda com eixo, que ele identificou como a solução ideal.

Enquanto o algoritmo rodava, cada novo desenho superava levemente o anterior. Acreditamos que um processo evolutivo semelhante ocorreu com os mineiros há 6.000 anos.

Não está claro o que levou inicialmente esses mineiros a testar formas alternativas para os rolos. Uma possibilidade é que o atrito na interface entre rolo e encaixe tenha desgastado a madeira ao redor, criando um estreitamento discreto do rolo no ponto de contato.

Outra explicação é que os mineiros tenham começado a afinar os rolos para permitir que os carros passassem por pequenos obstáculos no chão.

De um jeito ou de outro, graças à vantagem mecânica, esse estreitamento na região do eixo tornou os carros mais fáceis de empurrar. Com o passar do tempo, os desenhos que funcionavam melhor foram sendo preferidos repetidamente, e novos rolos passaram a ser feitos para imitar esses “campeões”.

Como resultado, os rolos foram ficando cada vez mais estreitos, até que restou uma barra fina com grandes discos nas duas extremidades. Essa estrutura rudimentar sinaliza o nascimento daquilo que hoje chamamos de "a roda".

De acordo com nossa teoria, não houve um instante preciso em que a roda foi inventada. Em vez disso, como na evolução das espécies, ela surgiu aos poucos, pela soma de pequenas melhorias.

Este é apenas um dos muitos capítulos da longa - e ainda contínua - evolução da roda. Mais de 5.000 anos após as contribuições dos mineiros dos Cárpatos, um mecânico de bicicletas parisiense inventou rolamentos de esferas radiais, revolucionando novamente o transporte sobre rodas.

Ironicamente, os rolamentos de esferas são conceitualmente idênticos aos rolos, 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 seu formato icônico, percorre um caminho sinuoso - sem começo nítido, sem fim, e com incontáveis 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.