Como a roda foi inventada? Simulações revelam o improvável nascimento da tecnologia que mudou o mundo há quase 6 mil anos

Você já se conformou com a monotonia exaustiva da vida na mineração. Então, numa tarde, testemunha um colega de trabalho fazendo algo extraordinário.

Com um aparato de aparência estranha, ele transporta casualmente o equivalente a três vezes o próprio peso em uma única viagem. Quando ele retorna à mina para buscar outra carga, de repente você percebe que sua profissão está prestes a se tornar muito menos árdua — e muito mais lucrativa.

O que você ainda não percebe: está presenciando algo que mudará o curso da história — não apenas para sua pequena comunidade de mineradores, mas para toda a humanidade.

Apesar do impacto imensurável da roda, ninguém sabe ao certo quem a inventou, nem quando ou onde ela surgiu pela primeira vez. O cenário hipotético descrito acima é baseado em uma teoria de 2015, segundo a qual mineradores nas Montanhas dos Cárpatos — na atual Hungria — teriam inventado a roda há quase 6.000 anos como um meio de transportar minério de cobre.

A teoria é sustentada pela descoberta de mais de 150 miniaturas de carroças feitas por arqueólogos que trabalham na região. Esses modelos em miniatura, com quatro rodas, foram moldados em argila e tinham superfícies externas gravadas com padrões semelhantes aos das cestas usadas pelas comunidades mineradoras da época. A datação por carbono revelou que essas carrocinhas são as representações mais antigas conhecidas de transporte sobre rodas até hoje.

Essa teoria também levanta uma questão particularmente interessante para mim, um engenheiro aeroespacial que estuda a ciência do design em engenharia: como uma sociedade mineradora obscura e cientificamente ingênua descobriu a roda, enquanto civilizações altamente avançadas, como os antigos egípcios, não o fizeram?

Há muito tempo se presume que as rodas evoluíram a partir de simples rolos de madeira. Mas até recentemente, ninguém conseguia explicar como ou por que essa transformação aconteceu. Além disso, a partir da década de 1960, alguns pesquisadores começaram a expressar sérias dúvidas sobre a teoria da evolução dos rolos para as rodas.

Afinal, para que os rolos sejam úteis, é necessário um terreno plano e firme, com um caminho livre de inclinações e curvas fechadas. Além disso, uma vez que a carroça passa por eles, os rolos usados precisam ser constantemente reposicionados na frente da carga para que ela continue se movendo. Por todos esses motivos, o uso de rolos era raro no mundo antigo. Segundo os céticos, os rolos eram práticos demais para terem sido o ponto de partida da roda.

Mas uma mina — com seus túneis fechados e construídos pelo homem — teria proporcionado condições favoráveis para o uso de rolos. Esse fator, entre outros, levou minha equipe a revisitar a hipótese dos rolos.

A transição dos rolos para as rodas exige duas inovações fundamentais. A primeira é uma modificação na carroça que transporta a carga. A base da carroça deve ser equipada com encaixes semicirculares, que mantêm os rolos no lugar. Assim, à medida que o operador puxa a carroça, os rolos são puxados junto com ela.

Essa inovação pode ter sido motivada pelo ambiente confinado da mina, onde seria especialmente penoso ter que levar os rolos usados de volta à frente da carroça repetidamente.

A descoberta dos rolos com encaixes representou um ponto de virada na evolução da roda e abriu caminho para a segunda e mais importante inovação. Esse próximo passo envolveu uma mudança nos próprios rolos. Para entender como e por que essa mudança ocorreu, recorremos à física e à engenharia assistida por computador.

Simulando a evolução da roda

Para começar nossa investigação, criamos um programa de computador projetado para simular a evolução de um rolo até se tornar uma roda. Nossa hipótese era de que essa transformação foi impulsionada por um fenômeno chamado “vantagem mecânica”. Esse mesmo princípio permite que um alicate amplifique a força de aperto do usuário ao proporcionar mais alavancagem. Da mesma forma, se pudéssemos modificar o formato do rolo para gerar vantagem mecânica, isso ampliaria a força de empurrão do operador, facilitando o avanço da carroça.

Nosso algoritmo funcionava modelando centenas de formas possíveis de rolos e avaliando o desempenho de cada uma, tanto em termos de vantagem mecânica quanto de resistência estrutural. Esse último critério servia para determinar se um dado rolo se quebraria sob o peso da carga. Como previsto, o algoritmo acabou chegando à forma familiar de roda com eixo, que ele identificou como a ideal.

Durante a execução do algoritmo, cada novo design se saía um pouco melhor que o anterior. Acreditamos que um processo evolutivo semelhante ocorreu entre os mineradores há 6.000 anos.

Não está claro o que inicialmente levou os mineradores a explorar formatos alternativos de rolos. Uma possibilidade é que o atrito entre o rolo e o encaixe tenha desgastado a madeira ao redor, levando a um estreitamento do rolo no ponto de contato. Outra teoria é que os mineradores começaram a afinar os rolos para que as carroças pudessem passar por pequenos obstáculos no chão.

De uma forma ou de outra, graças à vantagem mecânica, esse estreitamento na região do eixo tornava as carroças mais fáceis de empurrar. Com o passar do tempo, os projetos de melhor desempenho foram favorecidos repetidamente, e novos rolos passaram a ser moldados para imitar esses modelos de sucesso.

Consequentemente, os rolos tornaram-se cada vez mais estreitos, até que tudo o que restava era uma barra delgada, com discos grandes em cada extremidade. Essa estrutura rudimentar marca o nascimento do que hoje chamamos de “a roda”.

De acordo com nossa teoria, não houve um momento exato em que a roda foi inventada. Em vez disso, assim como a evolução das espécies, a roda surgiu gradualmente, a partir da acumulação de pequenas melhorias.

Esse é apenas um dos muitos capítulos da longa e contínua evolução da roda. Mais de 5.000 anos após as contribuições dos mineradores dos Cárpatos, um mecânico de bicicletas parisiense inventou os rolamentos de esferas radiais, que mais uma vez revolucionaram o transporte com rodas.

Ironicamente, os rolamentos de esferas são conceitualmente idênticos aos rolos — os precursores evolutivos da roda. Eles formam um anel ao redor do eixo, criando uma interface de rolamento entre o eixo e o cubo da roda, eliminando o atrito. Com essa inovação, a evolução da roda se completou.

Esse exemplo também mostra como a evolução da roda, assim como sua forma icônica, segue um caminho circular — sem início definido, sem fim, e com incontáveis revoluções silenciosas ao longo do caminho.

* Kai James é professor de Engenharia Aeroespacial do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos.