Pesquisadores da USP criam software para reduzir risco de queda de árvores em áreas urbanas

Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) criaram um software que orienta com precisão a poda de árvores em áreas urbanas, reduzindo o risco de queda. Com os eventos climáticos mais frequentes e extremos, os temporais em grandes cidades têm derrubado um maior número de árvores, provocando perdas econômicas e de vidas.

Somente em São Paulo, após fortes chuvas na capital, a prefeitura contabilizou em um único dia deste mês 330 quedas – em uma delas um carro foi atingido, matando o motorista. Por ano, estima-se que o município tenha cerca de 2 mil quedas de árvores urbanas – excluindo parques públicos e áreas de proteção ambiental.

Segundo os cientistas, o primeiro passo é fazer um escaneamento das árvores, com o uso de equipamento a laser, para captar em pontos diferentes imagens tridimensionais que são colocadas em um modelo computacional. Para fazer a modelagem, o grupo desenvolveu uma combinação de software e chegou a um “algoritmo de poda”, com o objetivo de manter o equilíbrio da árvore.

O trabalho une biologia, matemática e mecatrônica, e está sendo desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Estudos Avançados (IEA-USP), do Instituto de Biociências (IB-USP) e da Escola Politécnica (Poli-USP) no âmbito do Centro de Pesquisa e Inovação em Gases de Efeito (RCGI), um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído por Fapesp e Shell, com apoio de diversas outras empresas, voltado a estudos avançados em bioenergia, agricultura e ciências ambientais para mitigar efeitos das mudanças climáticas.

“As árvores, assim como outras formas na natureza, são estruturas otimizadas, que utilizam apenas o material essencial em sua configuração física. Se você faz uma poda errada, pode provocar fraqueza nessa estrutura. Com o software que desenvolvemos, conseguimos avaliar as deformações, até mesmo a deflexão das árvores devido aos ventos. Com isso, é possível ter um diagnóstico e orientar a poda de forma mais precisa”, diz à Agência Fapesp Emílio Carlos Nelli Silva, professor do Departamento de Engenharia Mecatrônica e Sistemas Mecânicos da USP e vice-diretor científico do RCGI.

Nas primeiras análises, realizadas no campus da USP em São Paulo, os pesquisadores fizeram uma poda de até 20% da copa com base no algoritmo e conseguiram manter o equilíbrio da árvore. Em outro ensaio, com outro tipo de corte, houve aumento dos pontos de fraqueza, com mais possibilidade de queda.

Normalmente, a poda em área urbana é realizada dentro de um plano de manejo ambiental dos municípios para compatibilizar a estrutura do vegetal ao convívio humano, com foco na saúde da árvore, mantendo sua resiliência e equilíbrio. A definição de como será a poda em cada árvore é feita por técnicos ou profissional responsável pelo serviço, no limite de 30% da copa.

“O ser humano não tem a capacidade de fazer essa poda tão precisa como conseguimos usando o escaneamento com algoritmo. Ainda não calculamos o porcentual que o software é capaz de evitar de queda de árvores com a poda mais precisa, mas conseguiremos em breve”, afirma Marcos Buckeridge, professor do Departamento de Botânica do IB-USP e vice-diretor do IEA.

E complementa: “Essa ferramenta vem de uma sequência de trabalhos, que agora conta também com a equipe da engenharia. O próximo passo é uma aproximação com a meteorologia para estudar a velocidade e o direcionamento dos ventos em tempestades. Isso nos ajudará a detectar o lado mais fraco da copa ou se a árvore está em uma área de canalização de vento. Assim, poderemos melhorar a poda e evitar plantio em locais de vento mais forte”.

Pesquisa publicada no ano passado mostrou que as podas drásticas, juntamente com o estado da madeira e o estrangulamento da raiz pelas calçadas, podem ser usadas como preditores de queda de árvores em cidades. Entre os principais fatores em áreas urbanas que influenciam a queda estão a altura dos prédios no entorno, a idade do bairro, a largura da calçada e a altura da árvore. Com a verticalização, elas enfrentam condições desfavoráveis nos chamados “cânions urbanos”, ou seja, fileiras contínuas de edifícios altos que alteram a velocidade do vento local, a dispersão da poluição e os padrões de iluminação e microclima, contribuindo com a queda precoce.

‘A maçã de Newton’

Nelli Silva conta que a ideia do software surgiu durante um almoço com Buckeridge em um restaurante de São Paulo – o local abriga em seu interior uma centenária Figueira-de-bengala (Ficus benghalensis), cujo plantio é estimado na década de 1890. Do gênero Ficus, ela tem altura de cerca de 6 metros, com diâmetro da copa de aproximadamente 46 metros.

“Sabia que o Buckeridge trabalhava com essa linha de estudo e eu sempre tive curiosidade sobre as árvores, com estruturas complexas e difíceis de modelar em computador. Então pensamos: por que não usar um algoritmo para restaurar a otimização dessas estruturas por meio da repoda? Foi aí a inspiração da pesquisa”, relembra o professor, especialista em mecânica computacional.

Nelli Silva explica que a natureza frequentemente inspira estudos de otimização estrutural e frutos como a maçã podem servir de modelo para análises. “O formato da maçã é uma estrutura que possui a menor tensão mecânica sujeito a peso próprio. Ela tem uma massa apoiada em um ponto que é o caule. Partimos da ideia de que, se é possível analisar a estrutura otimizada da maçã, seria também com a árvore.”

Na ciência, uma história famosa envolvendo o fruto e que até hoje rende pesquisas e dúvidas é a do físico inglês Isaac Newton, que teria concebido a Lei da Gravitação Universal ao observar a queda de uma maçã de sua árvore. A lei estabelece que a força de atração de dois corpos deve ser proporcional ao produto de suas massas dividido pela distância entre eles ao quadrado.

Próximos passos

Ao fazer a modelagem a partir das imagens obtidas pelo equipamento a laser, é possível chegar a uma espécie de “arquitetura” da árvore – etapa que contou com a colaboração do professor da USP Marcelo Zuffo, um dos pesquisadores do projeto “CID-SP EMERGÊNCIAS: Centro de Inteligência de Dados em Saúde Pública”, apoiado pela Fapesp por meio do programa Centros de Ciência para o Desenvolvimento (CCD-SP).

Nessa primeira etapa, as análises foram realizadas pela copa. O grupo pretende agora inserir informações das raízes. “A metodologia abre uma perspectiva para fazermos novas simulações computacionais, customizadas para cada espécie e com outros tipos de dados. O método é escalável para mapear árvores de uma cidade toda”, conta Nelli Silva.

De acordo com Buckeridge, algumas prefeituras, entre elas a de São Paulo, já procuraram o grupo para viabilizar o uso do software. “Estamos conectando a ciência ao desenvolvimento da tecnologia para enfrentarmos as mudanças climáticas. Queremos aumentar a velocidade de análise do software e reduzir o custo. Isso abre caminho para startups que queiram ajudar no serviço. Quanto mais árvores tivermos melhor será a resiliência das cidades às mudanças climáticas”, completa o vice-diretor do IEA, que integra o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) do Bioetanol, financiado pela Fapesp e o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Procurada pela reportagem, a Secretaria do Verde e do Meio Ambiente (SVMA) da Prefeitura de São Paulo informou estar “em tratativas para conhecer o software e avaliar sua aplicabilidade nos serviços de manejo arbóreo da cidade” dentro do compromisso com a adoção de tecnologias que aprimorem a gestão ambiental.

A secretaria diz que pretende analisar de que forma a ferramenta pode contribuir com a poda preventiva e a redução do risco de queda de árvores, especialmente durante temporais.