polyteck | edição 12

Vai além da sala de aula

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- nº

12 |

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5

SONDAS ESPACIAIScomo elas nos ajudam a entender aevolução do Sistema Solar e da Terra

página 3

BOTÂNICAcomportamentos peculiares

de plantas carnívoras página 16

HACKINGsegurança de sistemas em

cirurgias teleoperadaspágina 6

controlede vibrações

O edifício Taipei 101 conta com tecnologia avançada de amortecimento para evitar o

desconforto e possíveis danos estruturais causados por

vibrações. Leia na página 10

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www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 3

Entre a metade do século XX e início do século XXI, pessoas foram enviadas para a Lua, robôs para o planeta Marte e sondas espaciais foram

lançadas com o objetivo de alcançar os confins do nosso Sistema Solar. Telescópios espaciais orbitam a Terra trazendo imagens feitas a milhares de anos-luz para mais perto de nós. Não apenas isso, mas muitos objetos que hoje são de uso cotidiano nasceram das necessidades dos programas espaciais, sendo um dos principais motores de inovação tecnológica. As limi-tações de peso e volume em missões espaciais, por exemplo, foram definitivas no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos compactos, além do grande avanço nas telecomunicações. Graças a isso que hoje temos smartphones, tablets e laptops.

Dentre as diversas missões já planejadas, a Sonda Espacial Galileo é uma das que puderam revo-lucionar não só a exploração espacial, mas também áreas do conhecimento como astrobiologia, astrofí-sica e biologia. Ela foi lançada em 1989 a fim de colher informações sobre os gigantes gasosos - planetas com grandes diâmetros e massa, compostos principal-mente de hidrogênio, hélio e metano, os mesmos presentes na nebulosa que deu origem ao Sistema Solar, podendo apresentar um pequeno núcleo sólido rochoso no seu interior.

A missão principal da Galileo era estudar o planeta Júpiter e suas principais luas. Durante seu percurso, no ano de 1994, ela foi posicionada perfei-tamente para observar a colisão dos fragmentos do Cometa Shoemaker-Levy 9 com o planeta. Foram quase seis anos de viajem pelo espaço até chegar no seu destino final, em dezembro de 1995.

Antes de mergulhar na atmosfera de Júpiter e ser esmagada pela força gravitacional, cerca de 2,5 vezes maior que na Terra, Galileo coletou muitas informações sobre o planeta e seu entorno. Através de um sensor chamado Espectrômetro de Mapeamento do Infra-vermelho Próximo (NIMS), os cientistas puderam observar que ao menos quatro camadas diferentes de nuvem formam a face visível de Júpiter, tendo em sua composição desde água na parte inferior da atmosfera, até amônia e sulfeto de hidrogênio na parte superior. Imagens captadas pelo NIMS mostra-ram que a Grande Mancha Vermelha - uma grande tempestade presente na atmosfera do planeta, com aproximadamente de 16.100 km de comprimento - também é formada por espirais de nuvens averme-lhadas separadas por camadas. Um dos mais intri-gantes quebra-cabeças científicos investigado pela Galileo foi a ligação do enorme campo magnético de Júpiter, o mais forte dentre todos os planetas do

Há séculos o homem tenta compreender melhor o universo e sua origem. A obser-vação do espaço conhecido na astronomia antecede a história registrada confiável, e foi a partir da descoberta do planeta Júpiter e suas quatro principais luas pelo astrônomo Galileu Galilei, em 1610, que mudamos para sempre a nossa visão sobre o universo. Mas foi somente com o desen-volvimento de foguetes e tecnologias mais avançadas que a exploração espacial se tornou realidade.

texto por Cristian Westphaledição por Raisa Jakubiak e André Sionek

Tecnologia na exploração

Espacial

Galileu Galilei - Imagem: iryna1 / Shutterstock.com

4 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

nosso sistema, com suas quatro grandes luas. Ele foi cuidadosa-mente estudado pelo magnetômetro da espaçonave durante cada sobrevôo nessas luas. A análise dos resultados coletados mostrou que três luas do gigante gasoso (Ganimedes, Europa e Callisto) possuem seus próprios campos magnéticos, enquanto a lua Io não possui. No mês de março deste ano, o Telescópio Espacial Hubble confirmou que Ganimedes possui um oceano por baixo de uma camada superficial de gelo. Observações de Europa apoiaram a teoria de que um oceano com água líquida também poderia exis-tir abaixo de sua superfície.

Juno e as origens do Sistema SolarPorém, as missões para Júpiter não acabaram com o fim

de Galileo. Em 2011, a sonda Juno foi lançada ao espaço e deverá chegar ao planeta em julho de 2016. Ela está equipada com uma poderosa instrumentação para exploração, incluindo espectrô-metros em vários comprimentos de onda, detectores de plasma e partículas energéticas e um magnetômetro.

Ao chegar, a nave irá orbitar Júpiter 32 vezes a cerca de 5.000 km acima do teto de nuvens. Este processo deve durar cerca de um ano. Para evitar a maioria das zonas de radiação do planeta, a Juno utiliza uma nave rotatória movida a energia solar, além de uma órbita elíptica. Isso faz com que a “mira” da nave se torne estável e fácil de controlar. A cada rotação, os campos de visão dos instrumentos mudam.

A Juno será a primeira nave movida a energia solar proje-tada pela NASA a operar tão longe do Sol. Para se ter uma ideia,


A sonda Juno, lançada no topo de um foguete Atlas V, começou sua jornada a Júpiter com um lançamendo espetacular. Foto: NASA/Bill Ingalls

Imagem de Júpiter, o maior pla-neta do Sistema Solar, e suas luas Io e Ganímedes capturada pelo astrônomo amador Damian Peach em 12 de setembro de 2010, quando o planeta estava próximo da oposição. O sul está para cima, e a Grande Mancha Vermelha é visível na imagem. Foto: Nasa/Damiam Peach

Em 5 de junho de 2015, a sonda Juno estava a aproximadamente 740 milhões de quilômetros da Terra. A esta distância, o tempo de viagem de um sinal de rádio da Terra para Juno é de 41 minutos. A sonda viaja a uma velocidade aproximada de 36 km/s em relação à Terra e 10 km/s em relaão ao Sol. Até agora, Juno já viajou 2,56 bilhões de quilômetros desde o seu lançamento e deve per-correr mais 265 milhões antes de entrar em órbita de Júpiter. Imagem: NASA/JPL-Caltech

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Júpiter orbita o Sol a uma distância cinco vezes maior do que a Terra, o que significa que o planeta gigante recebe 25 vezes menos radiação solar do que nós (a intensidade da radiação diminui com o quadrado da distância). No entanto, a Juno está equipada com células solares ultra modernas que são 50% mais eficientes e tolerantes à partículas carregadas, presen-tes em um cinturão em torno do planeta, do que as células fotovoltaicas de silício disponíveis para missões espaciais há 20 anos, época em que Galileo foi lançada. As necessidades energéticas da missão são baixas, com os instrumentos ope-rando em potência total durante apenas seis horas dos 11 dias necessários para completar uma órbita completa no planeta.

Debaixo de sua densa cobertura de nuvens, Júpiter guarda segredos dos processos e condições fundamentais que governaram nosso Sistema Solar durante a sua formação. As teorias mais aceitas consideram que tudo começou com o colapso de uma gigantesca nuvem de gás e poeira, cuja maio-ria formou o recém-nascido Sol. Devido às semelhanças na composição gasosa entre o Sol e Júpiter, assume-se que ele se formou cedo no Sistema Solar, capturando a maioria do material que sobrou após o nascimento de nossa estrela. No entanto, a maneira com que isso ocorreu ainda não é clara.

Diferente da Terra, a grande massa de Júpiter permitiu que ele mantivesse sua composição original, garantindo-nos uma maneira de rastrear a história do Sistema Solar. Com sua robusta quantidade de instrumentos científicos, a Juno irá investigar a existência de um núcleo planetário sólido,

mapear o campo magnético intenso de Júpiter, medir a quan-tidade de água e de amônia na atmosfera, além de observar a presença de auroras no planeta. Estas são informações cruciais para compreender tanto a origem de Júpiter como a do Sistema Solar. Além disso, através do mapeamento dos campos gravitacional e magnético do gigante gasoso, a Juno deverá revelar a estrutura interior do planeta e medir a massa do seu núcleo. Enquanto aguardamos os resultados, podemos usufruir dos avanços que o desenvolvimento de sondas espa-ciais propiciaram para aplicações que usualmente não vão pra tão longe de casa. ■

Fontes: » M. J. S. Belton et al., “Galileo’s First Images of Jupiter and the

Galilean Satellites”, Science, 274, 5286, 377-385 (1996) »A. S. McEwen et al., “Galileo at Io: Results from High-

Resolution Imaging”, Science, 288, 5469, 1193-1198 (2000) » Joseph A. Burns et al., “The four hundred years of planetary

science since Galileo and Kepler”, Nature 466, 575–584 (2000) » Ichiko Fuyuno et al., “Space exploration: A shot in

the dark?”, Nature 439, 132-133 (2006) » Margaret G. Kivelson et al., “Galileo Magnetometer

Measurements: A Stronger Case for a Subsurface Ocean at Europa”, Science, 289, 5483, 1340-1343 (2000) »Agência Espacial Americana (NASA)


Segurança em cirurgias operadas por robôs

texto por Raisa Jakubiak

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e

Cirurgias são procedimentos médi-cos invasivos amplamente utili-zados que, na maioria das vezes,

resultam em grande desconforto para o paciente durante sua recuperação. No método convencional, os médicos cirur-giões têm que abrir o paciente, cortando pele e tecidos para ter acesso às estru-turas e órgãos envolvidos na operação.

Nas últimas décadas, evoluções da medicina e de diversas tecnologias iniciaram uma revolução na maneira como cirurgias podem ser realizadas. Para reduzir o desconforto e os impac-tos negativos dos procedimentos cirúr-gicos convencionais, um novo tipo de cirurgia vem sendo utilizado nas últi-mas décadas: a Cirurgia Minimamente Invasiva (CMI), ou laparoscópica. Na CMI, instrumentos laparoscópicos como trocartes e cânulas, agulhas, dissectores, pinças, tesouras, portagulhas e grampe-ador são inseridos no corpo através de pequenas incisões. Os cirurgiões então realizam a operação de maneira remota, manipulando os instrumentos através de uma interface controladora e de ima-gens fornecidas por um espectroscópio.

No entanto, apesar de as CMI reduzirem o trauma ao corpo, dor pós--operatória e duração da internação do paciente quando se comparado à cirur-gia convencional, ela também tem seus


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desafios. Além da falta de destreza e capacidade de manipulação fina, há a falta sensibilidade no que diz respeito à interação instrumento – tecido. Estas são dificuldades já conhecidas e há centenas de trabalhos no que diz respeito à tecnologia para mini-mizar o impacto destes fatores.

Outra evolução de grande impacto é a telecirurgia, que são cirurgias realizadas a distância em que é possível controlar robôs remo-tamente para que realizem os pro-cedimentos, tanto convencionais como laparoscópicos (apesar da grande maioria das telecirurgias ser realizada por laparoscopia). A pri-meira telecirurgia da história acon-teceu em 2001, quando um cirur-gião em Nova Iorque removeu, com sucesso, a bexiga de um paciente em Strasbourg, França – cerca de 6.000 km de distância. Na época, a comunicação entre os dois pontos foi realizada através de fibras ópticas dedicadas fornecidas especialmente para a operação por uma empresa de telecomunicações. Esta é uma opção caríssima, já que os custos da cober-tura de grandes distâncias com fibras ópticas dedicadas podem chegar a dezenas de milhares de dólares.

Desde então, com o avanço

rápido das tecnologias de telecomu-nicação, os médicos cirurgiões vêm testando procedimentos de telecirur-gia com conexões comuns pela inter-net, o que é significativamente mais barato. No entanto, apesar de até hoje nenhum incidente em relação a estes procedimentos ter sido registrado, recentemente especialistas em segu-rança digital chamaram a atenção para outro potencial problema desta tecnologia. E se hackers quisessem tomar o controle dos robôs que con-trolam os instrumentos cirúrgicos?

InsegurançaAtualmente, pós graduandos

da Universidade de Washington, em Seattle, como Tamara Bonaci, estão analisando os potenciais ris-cos envolvidos nas telecirurgias no que se diz respeito às telecomunica-ções. Várias aplicações da telerobó-tica, campo que estuda o controle remoto de robôs, têm sido explora-das, como detecção e desarme de bombas, resgate e procedimentos cirúrgicos à distância. Nestas ativida-des, os robôs atuam como extensões de pessoas, que interagem com eles através de um canal de comunicação.

O objetivo do projeto de Bonaci e seus colegas é desenvolver

ferramentas que evitem ameaças de segurança em telerobótica, procu-rando soluções para atividades mali-ciosas através do seu monitoramento e detecção. Parte disso é realizado adaptando técnicas de segurança virtual e as estendendo para sistemas com interface virtual-física. Assim, é necessário obter conhecimento sobre os vínculos físicos e interações entre as componentes virtuais e físicas do sistema que interferem na segurança.

Com esta base de conhecimen-tos, os pesquisadores estão desenvol-vendo um sistema de monitoramento que coleta os comandos do opera-dor e as ações dos robôs. Se houver discrepâncias entre os comandos e ações, é sinal de alerta. Para testar o método e explorar o problema, eles mostram como um hacker pode inva-dir e manipular o comportamento de um telerobô durante a cirurgia, podendo inclusive tomar o controle total. Eles utilizaram o robô Raven II, desenvolvido pela Universidade de Washington, que tem o objetivo de diminuir de maneira drástica o tamanho deste tipo de equipamento, ao mesmo tempo que aumenta sua durabilidade para que possa ser uti-lizado em ambientes inóspitos.

8 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br8 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

“Devido à natureza aberta e incontrolável das redes de comunicação, torna-se fácil para entidades maliciosas obstruir, desfazer ou tomar controle da comunicação entre robô e cirurgião”

Raven IIO robô consiste em dois bra-

ços cirúrgicos manipulados por um cirurgião, que utiliza um sistema de controle de última geração que inclui vídeo e feedback tátil. O robô funciona através de um único com-putador que roda softwares abertos, como Linux e o Sistema de Operação de Robôs. Ele se comunica com o console de controle utilizando um protocolo padrão de comunica-ção para cirurgias remotas conhe-cido como Interoperable Telesurgery Protocol. Esta comunicação acon-tece através de redes públicas que são facilmente acessíveis a qualquer um. Além disso, como os robôs são projetados para operar sob condi-ções extremas, estes links podem ser até conexões de internet de baixa qualidade, até mesmo wireless.

E é aí que entra o risco: “Devido à natureza aberta e incontrolável das redes de comunicação, torna-se fácil para entidades maliciosas obstruir, desfazer ou tomar controle da comu-nicação entre robô e cirurgião”, disse Bonaci ao MIT Technology Review.

Logo, para desenvolver seu método de segurança em teleci-rurgias, foi exatamente isto o que a equipe fez: tentar vários tipos de cyber ataque no robô para ava-liar o quão fácil seria compro-meter seu funcionamento.

Teste de segurançaO experimento é relativa-

mente simples: ao invés de realizar uma cirurgia de verdade, o operador tem que controlar os braços robó-ticos para mover bandas elásticas em um pegboard de um pino para outro. A equipe então mede o quão rápido o operador consegue comple-tar a tarefa antes e durante o ataque, observando as dificuldades na ope-ração geradas pela interferência.

O console controlador é conec-tado ao robô através de uma rede comum, à qual o computador do hacker também está conectado. Este arranjo permite ao computador mali-cioso manipular os sinais mandados em ambas as direções entre o console controlador e o robô, ou seja: o robô

pode tanto agir de maneira dife-rente do que foi comandado, quanto o operador pode receber informa-ções erradas sobre os tecidos em que está trabalhando, por exemplo.

A equipe experimentou três tipos de ataque. O primeiro muda os comandos mandados pelo operador ao braço robótico, deletando, atra-sando ou reordenando os dados. Isto faz com que os movimentos do robô fiquem erráticos e dificulta seu con-trole. É possível ver, em um vídeo apresentado pela equipe na conferên-cia HealthTech 2014, que o robô der-ruba a banda elástica algumas vezes. Caso fosse uma cirurgia real, com os robôs manipulando instrumentos

afiados, o incidente poderia causar sérios danos aos tecidos do paciente.

O segundo tipo de ataque modifica as intenções dos sinais do operador para o robô, alterando os pacotes de feeback. Ou seja, ele muda a distância que um braço deveria se mover, o ângulo de rotação, etc, influenciando assim nas decisões do cirurgião. Segundo Bonaci, a maioria dos ataques teve impacto no Raven II imediatamente após iniciados.

Já o terceiro tipo de ata-que é uma invasão que assume controle total sobre o robô. Impressionantemente, fazer isso é fácil, já que o Protocolo para Telecirurgia é aberto. Neste ata-que, a equipe conseguiu tomar con-trole total sobre o procedimento.

Além de tudo, a conexão de vídeo também é acessível ao público, possibilitando que qualquer

um assista a cirurgia a qualquer momento. Assim, não é difícil ima-ginar como estes ataques poderiam gerar consequências letais ao paciente.

SoluçõesApós concluir o quão simples

foi invadir e comprometer o funcio-namento destes sistemas, Bonaci e companheiros também sugeriram maneiras de prevenir ataques. Eles inclusive, durante os ataques, estu-daram como gerar movimentos que acionavam o mecanismo de parada automática no robô, como mover os braços além de distâncias pré defi-nidas ou realizar movimentos muito bruscos. Quando estes comandos eram enviados repetidamente, foi possível executar um estado de “ser-viço negado”, parando o robô com-pletamente. No entanto, isso fez com que o robô não pudesse ser nem rese-tado, impossibilitando qualquer pro-cedimento cirúrgico. Isto torna este mecanismo de parada desinteressante.

A solução mais óbvia para pre-venir ataques seria criptografar as comunicações entre o console de con-trole e o robô. A equipe inclusive tes-tou a ideia e garantiu que o robô fun-cionou da maneira esperada. “O uso de criptografia e autenticação é barato e traz grandes benefícios à cirurgia teleoperada, anulando muitos dos ataques testados”, concluiu a equipe.

No entanto, a criptografia não é capaz de evitar todos os tipos de ataque. Em particular, ainda é pos-sível interceptar os sinais “na mão” em ambas as direções, enviando sinais falsos enquanto as duas par-tes acham que estão se comuni-cando propriamente. Desta maneira, será necessário desenvolver estu-dos em que tipo de segurança é mais vantajosa em telecirurgias.

Este projeto reúne várias áreas do conhecimento, como robó-tica, computação, segurança de redes, teoria de controle e apren-dizado de máquina com o objetivo de compreender sistemas robóti-cos teleoperados complexos e tam-bém projetar sistemas que forneçam segurança e garantia de privaci-dade. A equipe já tem uma série de patentes na área utilizando vários


Ao invés de realizar uma cirurgia de verdade, no experimento o operador con-trolava os braços robóticos para mover bandas elásticas em um pegboard de um pino para outro, durante um ataque. É possível ver, em um vídeo apresen-tado pela equipe na conferência HealthTech 2014, que o robô derruba a banda elástica algumas vezes. Foto: Raven Surgical Robot / University of Wahsington

métodos de prevenção de ataques, e espera-se que logo tenham uma solu-ção definitiva para evitar intervenções maliciosas a sistemas de telecirurgia. ■

Fontes:

»“Security Experts Hack Teleoperated Surgical

Robot”, MIT Technology Review, 24/04/2015

»Ali Talasaz, “Haptics-Enabled Teleoperation for

Robotics-Assisted Minimally Invasive Surgery”,

University of Western Ontario - Electronic

Thesis and Dissertation Repository. (2012)

» Tariq Yusuf et al., “Dr. Hacker, I Presume? An

Experimentally-based Discussion about Security of

Teleoperated Surgical Systems”, USENIX Summit

on Health Information Technologies (2014)

» Peter Berkelman,“A Compact, Modular,

Teleoperated Robotic Minimally Invasive

Surgery System”, Ji Ma Biomedical

Robotics and Biomechatronics (2006)

»A. M. Okamura, “Methods for haptic

feedback in teleoperated robot-assisted surgery”

,Public Manuscript na US National Library

of Medicine National Institutes of Health

» http://www.tamarabonaci.com/


controlede vibraçõesTradicionalmente, estruturas são projetadas para resistir a cargas estáticas. Porém, elas podem estar sujeitas a even-tos que geram cargas dinâmicas, como terremotos, ventos, ondas e tráfego. Este tipo de carga pode causar movimentos vibratórios que podem prejudicar a estrutura e trazer perigo para aqueles em seu interior. Em prédios altos, por exemplo, as vibrações induzidas pelo vento podem causar desconforto aos ocupantes - especialmente nos andares superiores - ou danos estruturais. Devido a isso, engenheiros do mundo todo estudam formas de desenvolver estruturas mais seguras. Por exemplo, alguns projetos que enfrentaram problemas com vibrações viram fonte de estudo e acabam servindo como fonte de conhecimento para evitar problemas semelhantes no futuro. Da mesma maneira, projetos que contam com tecnologia avançada de amortecimento de vibrações tam-bém são extensivamente estudados.

texto por André Sionek



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A ponte pênsil de Tacoma Narrows foi aberta para o tráfego em pri-meiro de julho de 1940. A secção

central da ponte, localizada no estado de Washington, nos EUA, tinha 853 m de comprimento, a terceira mais longa do mundo. Desde o dia de sua inaugu-ração, a força do vento fazia o vão cen-tral subir e descer alguns centímetros, o que, apesar de não alarmar os moto-ristas e engenheiros, causava enjoos em algumas pessoas. Tacoma Narrows foi a primeira ponte que Leon Moisseiff projetou como engenheiro chefe. Ele foi um reconhecido engenheiro de pon-tes suspensas - um dos responsáveis pela Manhattan Bridge sobre o East River em Nova Iorque, e também pela Benjamin Franklin Bridge sobre o Rio Delaware, em Filadélfia. Moisseiff ficou famoso pelo seu trabalho com a teo-ria da deflexão, em que afirmava que quanto mais longas fossem as pon-tes, mais flexíveis elas poderiam ser.

A teoria de Moisseiff afirmava que a força do vento em vãos longos é transferida principalmente para os cabos em vez das estruturas rígidas. Quanto maior o estresse nos cabos, mais difícil para deslocar a ponte late-ralmente. Esta teoria permitiu que o projeto de Tacoma Narrows fosse muito mais econômico devido, principal-mente, aos menores suportes de vigas metálicas. Por isso ela era muito leve e flexível, oferecendo pouca resistência ao vento. O fato é que todas as pontes se movem com o vento, porém quanto mais rígida a ponte, menos ela reagirá às forças do vento. Tacoma Narrows, por ser mais flexível, movia-se mais.

A ponte havia sido bem proje-tada e construída, mas ao perceber que as ondulações verticais causadas pelo vento chegavam a uma amplitude de quase um metro, os engenheiros insta-laram uma série de cabos auxiliares ao longo dos vãos da ponte para mantê-la mais estável e evitar que girasse. Porém, na manhã de 07 de novembro de 1940, a ponte enfrentou ventos sustentados de 68 km/h que a fizeram vibrar de uma maneira não usual. Os cabos auxi-liares que tensionavam o vão central

para baixo romperam e o vento causou movimentos de torsão de até 45 º e osci-lações com amplitude de mais de oito metros. O colapso começou quando as vigas de reforço começaram a deformar e o concreto rachou, fazendo com que os cabos de suspensão rompessem sob o estresse e a secção central caísse na água. Tudo foi gravado em vídeo, o que permitiu aos engenheiros estudar em detalhes o que aconteceu com a ponte.

O colapso de Tacoma Narrows teve efeitos duradouros em ciência e engenharia. Muitos textos de física na graduação apresentam o caso como um exemplo do poder destrutivo da resso-nância - fenômeno que ocorre quando um sistema físico recebe energia por meio de excitações com freqüência igual a uma de suas freqüências natu-rais de vibração, levando-o a vibrar com amplitudes cada vez maiores. Porém, a teoria mais aceita diz que o colapso foi causado por vibrações aeroelásticas: à medida que o deck da ponte torcia em uma direção, as forças do vento atu-ando sobre a sua superfície aumenta-vam. Quando ela rodava novamente, estas forças a empurravam na direção oposta. À medida que o deck do vão central rodava mais e mais, as forças atuando sobre a sua superfície aumen-tavam, o que levou aos movimentos de oscilação que causaram o colapso da ponte. Exceto por um cachorro que, muito assustado, não saiu de um carro abandonado sobre o vão central, não foi registrada nenhuma fatalidade.

Um dos fatores que contribuíram para o fracasso de Tacoma Narrows foram os lados sólidos de sua pla-taforma, que não permitiam a pas-sagem do vento e forçavam a estru-tura a suportar a força de arrasto das rajadas de vento. Outra medida que poderia ter contido o colapso seria a instalação de amortecedores para absorver e dissipar a energia das osci-lações. O acidente impulsionou a pes-quisa no campo de aerodinâmica de pontes, que influenciou todos os projetos de pontes de longa exten-são construídos a partir de 1940.

Tacoma Narrows

Cenas do colapso de Tacoma Narrows Fonte: YouTube


controle de vibrações

Outro exemplo menos trágico ocorreu com a Millennium Bridge, uma passarela de pedestres em Londres, na Inglaterra. Sua inauguração, em 10 de junho de 2000, contou com uma multidão de mais de mil pessoas, com direito a banda e tudo mais. Porém, quando eles resolveram atravessar a ponte houve um imediato e pronunciado movi-mento lateral do deck. O movimento foi tão forte que as pessoas tiveram que parar de caminhar para recuperar o equilíbrio e, em alguns momen-tos, tiveram de segurar nos corrimãos. Mesmo limitando o número de pessoas na ponte, a movi-mentação era suficiente para que os pedestres se sentissem desconfortáveis, levantando questões sobre a segurança da obra. Registros em vídeo mostraram que a secção sul da passarela estava se movendo com amplitude de 5 cm a 0,8 Hz e o vão central a 1 Hz e 7,5 cm de amplitude. Ela foi fechada dois dias depois da inauguração para que o problema fosse resolvido, e só foi reaberta cerca de um ano e meio depois.

A hipótese de que o vento havia contribuído para a vibração da ponte foi rapidamente descar-tada. Outra explicação foi de que o acoplamento dos movimentos laterais e torsionais do deck estava permitindo que a excitação vertical causada pelos passos dos pedestres transferisse energia para o modo de vibração lateral. Porém, a oscilação de 1 Hz do vão central era somente o segundo modo

de vibração do deck, com um nó no centro do vão e dois nós nos pilares das pontes. Como esse modo não permite praticamente nenhum movi-mento de torsão, os engenheiros concluíram que este possível acoplamento com a vibração vertical não foi significativo para o movimento lateral da Millennium Bridge.

Um programa de pesquisa foi imediatamente lançado pelos engenheiros que projetaram a ponte com o apoio de várias universidades e institutos de pesquisa. Ao analisar a literatura de pontes, os pesquisadores encontraram um exemplo similar em um relatório alemão de 1972 que descrevia a vibração lateral que ocorreu durante a abertura de uma passarela de aço com a presença de aproxi-madamente 400 pessoas. A explicação encontrada para a vibração da passarela foi que o centro de gravidade de uma pessoa caminhando desloca-se para a direita e esquerda com a metade da frequ-ência com a qual ela caminha. O passo médio de caminhada de uma pessoa é aproximadamente 2 Hz

- logo, o seu centro de massa oscila com frequên-cia próxima de 1 Hz. Como a Millennium possuía um modo de vibração lateral de aproximadamente 1,1 Hz, o movimento do centro de gravidade dos pedestres entrou em ressonância com a frequência natural da ponte.

Em um artigo de 1993, Fujino et al. analisa-ram o movimento das cabeças dos pedestres em

Millennium Bridge


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uma ponte de comprimento similar à Millennium Bridge e que sofreu o mesmo problema de vibra-ção lateral. É fácil imaginar que as pessoas, cami-nhando a uma mesma velocidade, vão natural-mente sincronizar os seus passos umas com as outras e, inconscientemente, ajustar a fase dos passos de todo o grupo, de forma que a força aplicada sobre a ponte aumentará. Se a frequên-cia dos passos for próxima à frequência natural de vibração da estrutura, ela começará a vibrar devido à ressonância. Fujino concluiu, ainda, que o movimento lateral do deck encoraja os pedestres a caminhar em fase: é mais confortável caminhar em sincronia com o balanço da passarela. Esse comportamento instintivo faz com que as passa-das sejam aplicadas de forma ressonante com a estrutura, e com uma fase de modo a aumentar a amplitude do seu movimento.

Embora este efeito de excitação lateral sin-cronizado já tivesse sido relatado anteriormente, ele ainda não era bem conhecido na época da construção da Millennium Bridge, e não estava incorporado nos manuais de pontes. Afinal, nin-guém imaginava que os pedestres poderiam sin-cronizar a sua passada tão facilmente e que isso causaria uma força lateral tão grande sobre a estrutura.

O grupo de pesquisa formado após a inter-dição da Millennium começou a coletar informa-ções específicas sobre a ponte. Os principais tes-tes incluíram chacoalhar o deck artificialmente para confirmar o formato dos modos de vibração e como se dava o amortecimento. Uma série de testes com várias quantidades de pedestres cami-nhando a diferentes velocidades em cada sec-ção também forneceu dados quantitativos sobre o fenômeno de excitação lateral sincronizada. Com os dados, os pesquisadores construíram um modelo de auto-excitação para prever a resposta estrutural em diversas situações.

Uma possível solução para a Millennium Bridge seria deixá-la mais rígida para aumentar as suas frequências naturais e eliminar a excitação externa, o que, no entanto comprometeria seria-mente o design artístico da obra. A alternativa foi encontrar maneiras de aumentar o seu baixo amortecimento, de forma que a auto-excitação não ocorresse. Os pesquisadores descobriram que o movimento da passarela aumentaria abaixo de um determinado nível de amortecimento e que, acima dele, o efeito de ressonância não ocorreria mais. Determinar este nível e instalar o amorteci-mento adequado foi uma tarefa desafiadora, que envolveu a adição de 37 amortecedores lineares viscosos e mais de 50 amortecedores de massas sintonizadas à estrutura inicial. Hoje, a ponte é, provavelmente, a estrutura com sistema de amortecimento passivo mais complexo no mundo.

Vibration Control DevicesAs the buildings are getting taller and bridges spans longer, there

is a need to decrease discomfort and damage caused by seismic activity and wind loading. These dynamic forces act on structures making them sway, so engineers have developed various methods, which may be both active or passive, to suppress energy in vibrating systems. The first apply forces to the structure through external actuators, controlled in real time by sensors and algorithms. The later consists on the installation of devices in the structure, which are capable of dissipating energy from the movement. However, active devices are not yet a practical and reliable option for struc-tural building or bridge control systems due to the energy demand and possible failure in case of power loss. This made the civil engi-neering community focus on semi-active control devices in the last years. This kind of system has, at the same time, the benefits of passive and active devices without requiring huge amounts of energy to work properly.

Base IsolationA building will experience severe accelerations during an ear-

thquake and, if it is built directly on the ground, the motion can sustain extensive damage to its structure. When it is built isolated from the ground, resting on base isolators - flexible bearings or pads - it will move considerably less. It works similarly to the base isolation of precision machinery - where small ground movements may compromise the work - decoupling the machine from ground vibration. Base isolation technology is one of the most popular means to protect structures against seismic forces, as it can make medium-rise masonry buildings or reinforced concrete structu-res capable of withstanding earthquakes. It is a passive method of vibration control, designed only for hard soil and not suitable for all types of structures.

A building without base isolation (left) deforms when it experiences vibrations from the ground. Also the higher the story, the larger the amplitude. The base isolator in a building (right) partially absorbs ground movements and prevents the building from being deformed and damaged by vibrations.


Tuned Liquid DampersA tuned liquid damper (TLD) uses the sloshing energy of a

sloshing of a liquid confined in a container, usually placed on top of a building, to absorb and dissipate the vibration energy and reduce the dynamic response of a system subjected to excitation. This passive system uses liquid contained in par-tially filled tanks mounted on the structure. The shear force caused by the inertia of the liquid mass reduces the structu-ral response to excitation action. The tank’s shape and the water height influences the system effectiveness, as it changes the frequencies to wich the system has an optimal response.

Tuned Mass DampersA Tuned Mass Damper (TMD) is a passive device compo-

sed of a mass, spring and damper, that is connected to the structure to reduce its vibration. The TMD frequency is tuned for a particular natural frequency of the structure, and once it experiences vibration, the device sways out of phase. The TMD mass needs to be only a fraction of the structure to have a great damping effect. This type of device can also be employed in base isolation systems to damp ground move-ments. Several structures in the world have TMDs installed on their structures, as an example, Rio-Niteroi Bridge, in Brazil, counts on 32 tuned mass dampers inside the main span beams to reduce up to 80% of structure vibration.

A variation consists in a pendulum hanging near the roof level. A movable block of steel or concrete - the pendulum mass - is tuned to sway freely at about the same period as the building. When the building sways, the mass will tend to sway in the opposite direction and at a larger amplitude. Dampers bolted between the building frame and the TMD mass will dissipate the motion energy in the form of heat.

A TMD was also used by Renault, on its 2005 F1 car (the Renault R25). The system was introduced as part of the sus-pension system, and was in use up to the 2006 German Grand Prix when it was deemed illegal by the FIA. It was considered to be illegally influencing the car’s aerodynamics performance.

Semi Active DevicesSemi-active devices can also be used to control the vibration

of a base excited structure. Among the possible semi-active technologies, the magneto-rheological fluid based devices are seen as a promising solution for structural control. Basically two types of rheological fluids can be used to create a struc-tural control system: Electro-rheological (ER) and Magneto-rheological (MR) fluids. MR fluids are materials that exhibit a change in rheological properties with the application of a magnetic field while ER fluids exhibit rheological changes when an electric field is applied.

For vibration control purposes, the MR fluid works as a variable damping device. The current applied to a MR fluid essentially allows controll of the damping force without the need of mechanical valves. This offers the possibility to create a reliable damper that reverts from active to passive in case of a control system failure.

A Tuned Liquid Damper is usually installed in the top flo-ors of a building. As the structure experiences vibrations, the inertia of the liquid mass reduces the structural movements. Illustration: Magnusson Klemencic Associates

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The largest Tuned Mass Damper sphere in the world is installed at the Taipei 101 building, in Taiwan. It can reduce up to 40 percent of the tower’s movements cau-sed by high winds and earthquakes.

1 - Mass BlockThe TMD sphere measures 5.5 m and weights 728 tons;

2 - CablesThe mass block is suspended from the 92nd floor using steel cables measuring 8.9 cm in diameter and 42 m in length. Each steel cable is composed of over 2000 steel strands, and only 1/4 of the steel cables are required to support the entire mass.

3 - Bumper SystemA bumper ring has been installed under the mass block to restrict its swaying. The bumper ring itself is connec-ted to eight horizontal snubber hydraulic viscous dam-pers designed to limit the swaying of the damper ball to within 150 cm on very rare major typhoons or powerful earthquakes.

4 - Hydraulic Viscous Damper Eight diagonal primary hydraulic viscous dampers were installed below the mass block to automatically absorb the energy from tower’s movement.

Figure: Taipei Financial Center Corp

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Oferecimento

Foto: A.Hornung / Shutterstock.com

Taipei 101O arranha-céu Taipei 101, localizado

em Taiwan, com seus 101 andares e 508 m de altura, foi classificado como o prédio mais alto do mundo em 2004, mas perdeu o título com a inauguração do Burj Khalifa, em Dubai, em 2010. A obra, fruto de uma colaboração entre engenheiros e arquitetos, precisava atender a requisitos estéticos, econômicos e de conforto dos ocupantes sob a ação de ventos modera-dos, além de oferecer segurança estrutural em furacões e terremotos. O projeto arquitetônico da torre tem um perfil diferenciado de qualquer outro arranha-céu: uma base que vai se estrei-tando, seguida por oito módulos de oito andares cada - lembrando bambu indígena articulado e pagodes. Toda construção possui uma grande lista de desafios. No entanto, a lista para o Taipei 101 é muito maior do que qualquer um possa imaginar. Ela ilustra como grandes e pequenas decisões de projeto são necessárias para comple-tar um grande prédio em um ambiente desa-fiador - sujeito a furacões e localizado a apenas alguns quilômetros de uma falha geológica.

O primeiro desafio foi econômico. Construir um novo andar vem sempre a um custo mais alto do que o anterior, como se ele tivesse sido adicionado à base do prédio. Há a necessidade de suportar todos os andares acima, planejar espaços para elevadores e escadas, ins-talações mecânicas, elétricas, bombeamento e sistemas contra incêndio. A altura econômica de um prédio chega ao limite quando o custo de adicionar um novo andar ultrapassa a renda que o aluguel do mesmo irá proporcionar. A cons-trução do Taipei 101 só foi possível devido ao desejo de investidores e empresas financeiras em ter espaço em um edifício referência no mundo.

Outro desafio foi encontrado nas funda-ções do edifício. Para atingir o manto de rocha, que só aparece a cerca de 40 a 60 m abaixo de um solo argiloso, foi necessário criar um porão com 21 m de profundidade, equivalente a 5 andares de estacionamento. O sistema de fun-dações contém uma parede de contenção com 47 m de profundidade e 1,2 m de espessura que cerca tanto a torre quanto o podium (piso térreo do edifício, maior do que a torre). O muro de contenção corta lençóis freáticos subterrâneos e fornece embutimento da ponta bem abaixo da profundidade de escavação. Uma segunda parede de contenção engloba apenas as fun-dações da torre, onde uma rede contínua de

concreto armado com espessura entre 3 e 4,7 m transfere as cargas das colunas e shear walls - paredes com um sistema estrutural desenhado para conter os efeitos de forças laterais, causa-das principalmente por ventos e atividades sísmicas - para uma rede de 380 estacas com até 80 m de pro-fundidade (aproximadamente 30 m no manto de rocha), 1,5 m de diâ-metro e espaçadas 4 m uma da outra, como num tabuleiro de xadrez.

Arranha-céus como Taipei 101 precisam ser flexíveis em ventos fortes e ainda per-manecer rígidos o sufi-ciente para prevenir movimentos laterais. A flexibilidade pre-vine danos estruturais, enquanto a resistência garante o conforto de ocupantes e a proteção de itens como corti-nas de vidro e divi-sórias internas. Os edifícios geralmente experimentam for-ças laterais alternadas devido à formação de vórtices: o vento atraves-sando um objeto se separa das faces late-rais em redemoinhos alternados. A forma-ção desses vórtices é definida pelas dimen-sões da construção e velocidade do vento. Logo, em certos casos, a sua frequ-ência pode coincidir com um dos modos de vibração naturais do edifício e, aí, gran-des forças laterais, às vezes muito maiores do que as calculadas no projeto, podem surgir. Por isso, ao analisar a estru-tura de um modelo


do prédio em um túnel de vento, os engenheiros demonstraram que uma torre quadrada com cantos afiados sofre grande excitação com ventos cruzados. Cantos arredondados ou chanfrados a 45º reduzem a força lateral, mas um canto no formato dente de serra conseguiu uma redu-ção dramática nessas forças. Os arquitetos entenderam os benefícios deste formato e o incorporaram nos oito módulos superiores da torre.

Para prevenir movimentos que pudessem danificar as fachadas, o deslocamento entre os andares - defi-nido como a deflexão lateral de um andar em relação ao que está imedia-tamente abaixo dele, dividido pela distância entre os andares - foi limi-tado a h/200 (distância entre os anda-res dividido por 200) para uma tem-pestade típica que ocorre em média a cada 50 anos. Isto pode parecer muito flexível, mas os ventos em Taipei são extremos. Para comparação, se a torre fosse projetada com as estima-tivas dos furacões de Nova Iorque, essa deflexão seria de somente h/400.

Uma boa parte da tração na torre é criada pela rotação de anda-res inferiores, então, para que ela resistisse a estes movimentos, os engenheiros precisavam de rigidez nas colunas. Simplesmente adicio-nar colunas de aço era impraticável pelo custo e execução. A solução foi erguer colunas de concreto de alta resistência (10.000 psi ou 69 MPa), preenchidas com uma bomba para evitar o uso de guindastes de cargas pesadas. O concreto aguenta com-pressão, é mais barato e, ao contrá-rio do aço, as misturas com maior resistência também costumam pos-suir um maior módulo elástico.

A construção deste sistema de controle de tração nos deslocamentos laterais, no entanto não é suficiente para assegurar o conforto dos ocu-pantes. Basta considerar a grande altura do edifício, as altas velocidades dos ventos e o baixo amortecimento inerente a uma estrutura de aço com conexões apertadas e que permitem pouco deslize e fricção para enten-der que um dispositivo de amorteci-mento era necessário. Além disso, os vórtices criados pelo vento fornecem

apenas um pequeno impulso para o edifício, mas seus efeitos podem acu-mular energia se sincronizados com o período de oscilação da torre - de aproximadamente 7 segundos. Estas oscilações devem ser removidas, por isso um pêndulo de aço de 726 tone-ladas (0,24% da massa total da cons-trução) instalado próximo ao topo da torre funciona como um amortece-dor de massa sintonizada. Suspenso entre os 92 º e 87 º andar, o pêndulo oscila para cancelar os movimen-tos do edifício causados por fortes rajadas de vento ou terremotos. O dispositivo, o maior amortecedor de massa sintonizada pendular do mundo - e o único visível para visi-tantes - consiste em 41 placas circu-lares de aço presas umas às outras para formar uma esfera com 5,5 m de diâmetro. Outros dois amortecedo-res de massa sintonizados, cada um pesando 7 toneladas, também foram instalados na ponta da torre para evitar danos causados pelos ventos.

A frequência de oscilação desse amortecedor é definida da mesma forma que a de um pêndulo simples. O comprimento e a massa do sistema foram calculados para corresponde-rem a uma frequência de vibração natural do prédio. Após a instala-ção, os engenheiros fizeram ajustes finos na sua frequência de oscilação para que vibrasse fora de fase com o movimento do edifício. Oito pis-tões hidráulicos primários, cada um com aproximadamente dois metros de comprimento, envolvem a parte inferior da esfera para dissipar a energia do movimento na forma de calor. A resistência aplicada pelos pistões varia com o quadrado da velocidade da massa. Isto significa que uma oscilação lenta e regular do pêndulo, induzida pelo movimento da estrutura, faz com que a massa crie uma força de resistência relati-vamente pequena nos pistões hidráu-licos, fornecendo amortecimento ao mesmo tempo em que permite o balanço da massa. Já no caso de um movimento súbito, como em um terremoto, a resistência dos pistões aumentará drasticamente, limitando o movimento da massa e absor-vendo a energia da vibração. O prédio

também é equipado com outros sis-temas para aumentar a segurança durante eventos sísmicos extremos.

Em engenharia, assim como em qualquer ciência, aprendemos com os erros e acertos daqueles que executa-ram projetos semelhantes no passado. Hoje a tecnologia de construção civil permite a concepção de edifícios com mais de 800 m de altura. Os princí-pios físicos que atuam sobre eles con-tinuam os mesmos, porém a mudança na ordem de grandeza das constru-ções fez com que efeitos antes imper-ceptíveis se tornassem relevantes. Entender e saber modelar os impac-tos da atuação de forças dinâmicas em estruturas pode ser o diferen-cial entre o sucesso e fracasso de um projeto. Podemos esperar que, com as novas construções, efeitos antes desconhecidos sejam descobertos e adicionados à nossa base de conhe-cimentos, abrindo caminho para obras ainda mais impressionantes. Resta saber quais serão os desafios das próximas grandes construções. ■

Referências: » Morse-Fortier, Leonard J., “Professor

Robert H. Scanlan and the Tacoma Narrows Bridge” Structures, ASCE (2005) » K. Yusuf Billah e Robert H. Scanlan,

“Resonance, Tacoma Narrows bridge failure, and undergraduate physics textbooks”, American Journal of Physics, 59 (1991)

» David E. Newland, “Vibration of the London Millennium Footbridge”, Department of Engineering University of Cambridge » Pat Dallard et al., “London Millennium

Bridge: Pedestrian-Induced Lateral Vibration”, J. of Bridge Engineering, Trans. ASCE, 6, 412-417 (2001) » Yozo Fujino et al., “Synchronization of

Human Walking Observed during Lateral Vibration of a Congested Pedestrian Bridge”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 22, 741-758 (1993) » Dennis C. K. Poon et al., “Structural Design

of Taipei 101, the World’s Tallest Building”, CTBUH 2004 Seoul Conference (2004) »Aly Mousaad Aly et al., “Dynamics and

Control of High-Rise Buildings under Multidirectional Wind Loads”, Smart Materials Research, 549621 (2011) » P. Rentzos, “Active vibration control

of civil engineering structures”, Doctoral thesis, City University London, (2007)



O lado solidáriodas plantas carnívoras

Plantas carnívoras são seres estranhos por definição. Elas são vegetais florais pre-

datórios que atraem, prendem e matam animais com o objetivo de obter nutrientes a partir de seus corpos. No entanto, cientis-tas descobriram alguns compor-tamentos que tornam seus hábitos ainda mais peculiares, como ser-virem de “hotel” para morcegos.

Com alguns exemplares podendo chegar a seis metros de com-primento e um metro de altura, plan-tas carnívoras são seres vivos relativa-mente raros. Acredita-se que existam pouco mais de 600 espécies no mundo, sendo a maioria das Ordens Caryophyllales e Lamiales. Algumas têm armadilhas que podem chegar a 40 cm de profundidade e armaze-nar até 2 l de líquidos digestivos.

Armadilha mortalEstes tipos de planta utili-

zam diversas armadilhas para atrair as presas, como cores vivas, fontes extras de néctar, pelos, folhas que se parecem com insetos, etc. Ao

Plantas carnívoras muitas vezes usam cores vivas como armadilhas para insetos.Foto: Shutterstock

Algumas espécies se beneficiam dos nutrientes fornecidos pelas fezes de ani-mais que se alimentam de seu néctar. Foto: Magnusson Klemencic Associates

contrário da ideia popular, as flores nunca são usadas como armadilha, pois a planta tende a não aprisionar seus principais polinizadores (ape-sar de isto eventualmente acontecer).

Um inseto atraído pelo néctar doce de uma planta carnívora pousa na borda de um jarro. No entanto, a superfície desta estrutura, chamada peristômio, contém microsestrutu-ras que tornam a superfície altamente hidrofílica, ou seja, “molhável”. Isso significa que o peristômio é extre-mamente escorregadio, dificultando a aderência do inseto e fazendo com que ele caia para dentro do jarro.

Uma vez que a presa é aprisio-nada, é muito difícil escapar, pois o interior do jarro também é escorre-gadio. Segundo Tanya Renner, que estudou plantas carnívoras durante seu doutorado, ele é tão escorregadio que até insetos voadores raramente escapam, pois os açúcares e líqui-dos digestivos tornam muito difícil voar com as asas molhadas. A presa é então digerida com o auxílio de enzimas no líquido e a planta absorve nutrientes importantes para determi-nadas funções dos vegetais, como o nitrogênio. Algumas plantas inclusive contam com a ajuda de bactérias no seu interior para cumprir esta tarefa.

Como elas não utilizam as pre-sas como fonte de energia, mas sim de nutrientes, a maioria das plantas carnívoras consegue crescer mesmo sem consumir “carne”. No entanto, elas crescem mais rapidamente e têm a reprodução facilitada quando rece-bem nutrientes derivados das presas.

Darwin chamou esta prefe-rência alimentar de “síndrome car-nívora”, o que apareceu várias vezes no processo de evolução de plan-tas, sempre pelo mesmo motivo: quando plantas acabavam cres-cendo em solos com deficiência de nitrogênio, nutriente fundamen-tal na síntese de proteínas e DNA, elas desenvolveram preferência por carne, matéria rica neste elemento.

Contudo, estudos recentes

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Diretor Executivo: André Sionek Diretora de Redação: Raisa Requi Jakubiak Diretor Comercial: Fábio A. S. RahalRevisão: Rudolf Eckelberg Imagens: Shutterstock, stock.xchng Impressão: Gráfica Exklusiva

Edição 12Junho / Julho 2015

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mostram que estas criaturas morda-zes não são apenas assassinas cru-éis. Enquanto a maioria devora inse-tos (como aquela bonitinha que você comprou na floricultura com a espe-rança de que devorasse os pernilongos do seu quarto no verão), outras têm gostos mais requintados. Além disso, cientistas recentemente descobriram um lado mais solidário destas plan-tas, como fornecer “hospedagem” para animais, além de relações de mutua-lismo com bactérias e outras criaturas.

Musaranho ajudanteApesar de a maioria das plan-

tas carnívoras capturarem insetos, algumas espécies desenvolveram gostos bem peculiares ao longo de sua evolução. Tão peculiares que a Nephenes lowii, uma espécie de regiões tropicais, prefere as fezes de um mamífero, o Tupaia mon-tana, um musaranho arbícola endê-mico da ilha de Bornéu, Malásia.

Sabendo que o musaranho ocasionalmente sobe nestas plan-tas para beber os líquidos doces da borda do jarro, em 2009 uma equipe de cientistas liderada pelo doutor Jonathan Moran, da Royal Roads University, no Canadá, viajou para a floresta na Malásia onde a N. lowii cresce para entender melhor esta relação. Como a planta apresenta tanto jarros terrestres ao longo do chão como jarros aéreos suspensos, os pesquisadores também queriam entender se havia diferenças de com-portamento e dieta entre os dois.

Através de uma câmera escon-dida que filmava uma N. Iowii durante o dia, a equipe confirmou

que apenas os jarros terrestres cap-turavam insetos. Enquanto isso, os jarros aéreos eram visitados pelo musaranho arbícola, que se alimenta do néctar produzido em suas bor-das. Mas não só isso: enquanto o musaranho se alimenta, ele às vezes defeca dentro do jarro. As fezes, por sua vez, são muito úteis para a planta, já que são ricas em nitrogênio.

Para confirmar a teoria de que a N. Iowii utiliza as fezes dos musara-nhos para obter nitrogênio, os cien-tistas conduziram um experimento utilizando análise de isótopos está-veis nas folhas do jarro. Através desta técnica, é possível rastrear a origem de determinado elemento, e os resul-tados foram surpreendentes: as N. Iowii que tinham jarros aéreos obti-nham entre 57 e 100% do suprimento de nitrogênio através do das fezes do mamífero. Esta foi a primeira relação de mutualismo entre uma planta car-nívora e um mamífero já descoberta.

Bat cavernaAssim que os estudos sobre

os musaranhos foram publicados, alguns pesquisadores voltaram suas atenções para o hábito de alguns morcegos, que dormem dentro dos jarros de plantas carnívoras. Até então se acreditava que eles simples-mente usavam as estruturas como

“hotéis” quando não conseguiam chegar ao ninho até o nascer do sol.

A dupla de estudantes de dou-torado Caroline e Michael Schöner viajou para Bornéu para procurar jar-ros de Nepenthes hemsleyana, espécie conhecida por abrigar morcegos lano-sos. Ao longo do estudo, publicado na

Biology Letters, eles encontraram 32 morcegos dormindo nos jarros, todos da mesma espécie: morcego lanoso. Para analisar o comportamento dos mamíferos, a dupla colocou rastrea-dores em 17 destes morcegos. Através da análise dos dados dos rastreadores, eles descobriram que, apesar de a flo-resta oferecer outras opções de abrigo, como buracos em troncos, o morcego lanoso usa exclusivamente os jar-ros de N. hemsleyana como abrigo.

Em troca, a N. hemsleyana recebe cerca de um terço das suas reservas de nitrogênio da diges-tão das fezes do morcego, o que também foi comprovado por análise de isótopos estáveis.

O que torna esta descoberta especial é que, em relações de cola-boração entre plantas e animais, as plantas normalmente fornecem ali-mento em troca de serviços, como na polinização. Enquanto as plan-tas fornecem néctar e frutas, alguns animais ou insetos as visitam para se alimentar e ao sair espalham pólen e sementes. Já neste caso, os papéis se invertem: a planta recebe nutrien-tes enquanto o animal recebe ser-viços, como proteção contra desi-dratação, predadores e o clima. Este tipo de mutualismo é muito raro. ■

Referências: » Cat Adams , “Inside a giant…the giant

plants that eat meat”, BBC Campus, 04/2015 » International Carnivorous Plant Society » Jonathan A Moran, “The carnivorous syndrome

in Nepenthes pitcher plants, current state of knowledge and potential future directions”, Plant Signal Behav, 5 (6), 644–648 (2010)

Certificado de Autorização CAIXA n° 6-0874/2015. | Veja regulamento completo em www.desafiorenaultexperience.com.br | Período de participação: 14/5/2015 a 6/11/2015/Divulgação dos vencedores: 11/12/2015

* Premiação entregue na forma de cartão de débito bloqueado para saque.

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