Polyteck | Edição 08

Estradas

sustentáveis página 10

Carros

autônomos página 14

Distribuição Gratuita nº 08 | Outubro 2014

Biociências | Empreendedorismo e Inovação Computação | Sustentabilidade e Ambiente www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 1 Engenharia, Energia e Materiais | Nanotecnologia

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(11) 3149-3149

auxiliam bombeiros em situações

de risco B

ombeiros passam por estresse fisiológico extremo durante o atendimento de ocorrências.

Em 2012, o U.S. Fire Administration reportou que cerca de 50% das mortes de bombeiros nos EUA foram devido a ataques cardíacos. O estudo realizado pela agência, denominado Firefighter Fatalities in the United States, identifica todas as fatalidades de bombeiros em serviço que ocorrem nos EUA e analisa as circunstâncias de cada ocorrência. Desta maneira, o estudo pretende ajudar a identificar abordagens que podem reduzir o número de mortes nos anos seguintes.

Neste caso, o estudo identificou que quase metade das mortes ocorre devido ao excesso de estresse físico, que leva ao ataque cardíaco. “Enfrentamos o problema da desidratação excessiva” – diz o Cabo Wellyngton do Corpo de Bombeiros da Polícia Militar do Paraná. “Quando combatemos um incêndio por mais de duas horas seguidas, há muito desgaste físico, pois a roupa é muito pesada. O rescaldo, que é a parte mais difícil do combate, deixa o ambiente ainda mais quente e causa muito desgaste. É necessário se reidratar muito para não desmaiar com a fadiga”.

Foto: Gus Ruelas/AP

Trajes inteligentes TRAJE PERMITE MONITORIZAÇÃO FISIOLÓGICA E DE LOCALIZAÇÃO EM UM ÚNICO SISTEMA QUE COLETA E TRANSMITE OS DADOS DO USUÁRIO A UM POSTO DE COMANDO.

texto por Raisa Jakubiak

Tecnologia que salva quem salva vidas

É possível que monitores de sinais vitais vestíveis possam ajudar a evitar este tipo de fatalidade.

A ideia é antiga, tanto que vários filmes de ficção já fizeram referências a estes sistemas. No entanto, por uma série de razões tecnológicas e econômicas, estes monitores ainda não foram implementados no dia a dia de quem trabalha em situações de risco. Somente com a recente redução nos custos e tamanho dos dispositivos portáteis é que algumas empresas tiraram os antigos projetos da gaveta e voltaram a trabalhar neste tipo de tecnologia.

Com isso em mente, uma equipe de engenheiros da Motorola imaginou um traje high-tech para bombeiros, parte de um protótipo conceitual chamado de Next Generation Fireground Communications. O traje incorpora várias tecnologias vestíveis, como uma câmera acoplada ao capacete, um display na máscara, um sensor ambiental, uma alça que monitora os sinais vitais, monitor de localização em ambientes fechados e um radio. Segundo o cabo Wellyngton, escombros e a falta de informação sobre o que está

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Um dos projetos pioneiros nessa área é o Wearable Advanced Sensor Platform (WASP) (a tradução seria algo como “Plataforma de Sensores Vestível Avançada”), da Globe Manufacturing Co. Considerando que os trajes dos bombeiros já são pesados o suficiente, a WASP é uma camiseta leve e resistente a fogo, feita de um tecido que elimina suor e outras substâncias da pele e seca rapidamente. Em uma alça ajustável embutida na camiseta, é acoplado o sensor fisiológico, chamado de The Zephyr BioHarness™. Trata-se de um pequeno módulo eletrônico capaz de medir a taxa de batimentos cardíacos e sua variação, a taxa de respiração, níveis de atividade, postura e outros fatores fisiológicos. Além disso, um cinto ainda carrega um módulo de localização, que fornece as informações de localização em 3D onde não há dados de GPS. Este módulo permite monitoração instantânea com rádios Motorola APX ou celulares que rodem Android.

A estação de comando recebe dados de transmissões instantâneas, ou pode carregar dados da memória. Ela pode fornecer ferramentas para analisar rapidamente a resposta fisiológica do usuário em função do tempo, além de mostrar a localização e trajetória do usuário. Mark Mordecai, diretor de desenvolvimento da Globe, disse que na próxima temporada três academias de bombeiros testarão o sistema, e que dentro do próximo ano milhares de bombeiros estarão treinando com o WASP. Ele acrescenta: “Se nós realmente quisermos fazer a diferença, temos de ir além de apenas criar um envelope protetor ao redor dos bombeiros e realmente monitorar seus sinais vitais e suas localizações.”

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A unidade de localização é utilizada em um cinto e fornece os dados de localização em 3D em ambientes onde não há coordenadas GPS disponíveis. Tem o tamanho de um deck de baralho.

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A camisa WASP™ é feita de uma malha com stretch que retira a umidade do corpo e seca rapidamente. Este tecido é resistente às chamas.

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Os sensores fisiológicos são montados em uma alça ajustável acoplada na camiseta.

Modulo eletrônico que monitora a taxa de batimentos cardíacos e sua variação, taxa de respiração, níveis de atividade e postura, entre outros fatores fisiológicos.

em combustão dificultam o combate eficiente ao incêndio. Com tais equipamentos, a facilidade de acesso, as informações e a segurança dos bombeiros seriam beneficiadas.

Uma das principais preocupações da equipe da Motorola foi desenvolver dispositivos que pudessem manter os bombeiros com as mãos livres. Quando uma equipe entra num local, eles nunca estão de mãos vazias: carregam equipamento, ferramentas, etc. Além disso, o peso da roupa e do equipamento (por exemplo o EPR - equipamento de proteção respiratória) torna a própria locomoção mais difícil. Desta maneira, fica impossível pegar um smartphone no meio de um prédio em chamas para receber informações ou informar condição crítica de saúde. “Como as luvas são grossas para proteção, é difícil realizar trabalhos com os dedos” - afirma o 1º Tenente Müller, do Corpo de Bombeiros da Polícia Militar do Paraná - “elas tiram muito a sensibilidade e a mobilidade, dificultando coisas simples como abrir pequenos objetos ou dar um nó com cordas, o que usamos bastante”.

Assim, a Motorola pensou num display na altura dos olhos que mostra quando os níveis de bateria, suprimentos de oxigênio ou mesmo seus batimentos cardíacos estão próximos de atingir níveis críticos. Um dos desafios é traçar um limite entre o que é realmente necessário exibir no display e o que poderia atrapalhar a ação dos bombeiros durante situações de risco.

Ainda levará um tempo para que estas tecnologias entrem efetivamente em cena para auxiliar bombeiros no combate a incêndios, desabamentos e outras situações de perigo. Mas num futuro próximo, sensores menores e mais precisos, juntamente ao treinamento e condicionamento físico, certamente garantirão que todos voltem para casa sãos e salvos. ■ Fontes: »»Theresa Chong, IEEE Spectrum (2014) »» U.S. Fire Admnistration »» Globe Manufacturing Co

Agradecimento ao 1º Tenente Müller e ao Cabo Wellyngton do Corpo de Bombeiros da Polícia Militar do Paraná.

Fotos dos trajes: Globe Manufacturing Co

Foto: Cédric Sacilotto

Monitoramento fisiológico

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Identifying chemicals at a distance Photo: Brett H. Hokr , Nat. Comm.

text by Andre Sionek revision by Cleber Marchiori

(a) Digital camera photo of random Raman lasing in ​ BaSO4 powder. (b) Spectrum of B ​ aSO4 taken through a 20.3 cm collection optic, 21 m away from the sample. a.u., arbitrary unit.

Y

ou will probably recognize this scene from recent news: a kidnapper invades a hotel and ties a vest with explosives into a hostage.

Police officers have to negotiate for over seven hours, until the kidnaper surrenders. After all the episode, police discovers that there were no explosives at all in the vest, but only PVC tubes filled with epoxi. Couldn't the police have identified the fake explosives from distance? Today the answer is no, but it may be so in a few years. That is due to intensive efforts to develop standoff detection techniques capable of identifying chemicals and biological substances from large distances.

Everything from climate change to biological imaging and public security against terrorist attacks benefits from a deeper understanding of how light propagates through random media. In the last three decades, numerous new phenomena facilitated by elastic scattering of photons have been discovered and explored by scientists. A new technique based on this phenomena could help distinguishing real explosives from imitations. It could detect harmless substances or allow aerial measuring of the soil quality on a farm, say the scientists.

Random lasing

When light interacts with a turbid medium, about 1 in 10 million photons suffers inelastic scattering from a molecule, in a process called

spontaneous Raman scattering. This interaction causes the photon to shift its frequency in a way that is unique to each molecule with which it interacts. This shift is a chemical signature of that particular molecule, and this namely makes Raman spectroscopy useful for molecular and structural identification. Unfortunately, 1 in 10 million is a fairly weak signal, so some sort of amplification is needed. In order to boost the signal and allow its reading from large distances, researchers have turned to a phenomenon known as random lasing. It was first predicted

by V. S. Letokhov in 1968, but was not experimentally observed until 1994.

The process by wich the random laser is generated is similar to how traditional lasers work: by bouncing photons back and forth in a cavity, exciting electrons to emit more photons in order to amplify the signal. Random lasers utilize a highly disordered gain medium as opposed to a conventional optical cavity. For instance, it might occur when a laser beam is fired into some loose material, such as a powder. If the sample has the right density, photons might start bouncing around among the powder’s particles until they stimulate a new laser emission. Shining an intense laser beam into a substance that is sufficiently dense to trap the light for some time increases the number of Raman conversions, amplifying the signal. Although traditional random lasers often have a relatively

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broad emission spectrum, a random laser that utilizes vibration transitions via Raman scattering allows an extremely narrow bandwidth, in the order of 10 cm-1 - enough to identify the chemical signature from a molecule.

Twenty years after its first experimental observation, scientists begun to find practical uses for random Raman lasers. For instance, Marlan Scully and Vladislav Yakovlev, researchers from Texas A&M University, shone green laser light on samples and got back Raman spectra of chemicals as ammonium and potassium nitrate at a distance of one kilometer. Such distance would allow security personnel to safely check whether a substance is explosive without getting too close, or let a drone fly over farmland to see if the soil is properly fertilized. They say that further refinements might even allow the technique to work from orbit, for agricultural mapping. For further reading on the technique, we recommend the paper intitled "Single-shot stand-off chemical identification of powders using random Raman lasing" published by them on the Proceedings of the National Academy of Sciences. ■ Sources: »» Marlan O. Scully et al., PNAS 111, 34, 12320– 12324 (2014) »» Brett H. Hokr et al., Nature Communications 5, 4356 (2014) »» Raman Laser Could Identify Explosives at a Distance, Neil Savage, IEEE Spectrum (2014)

O

ébola é transmitido através do contato com os fluidos corporais de uma pessoa ou animal infectado. A epidemia que acomete a Guiné, Libéria, Nigéria, Serra Leoa e o Senegal tem como causa o que Peter Piot, diretor e professor de Saúde Global na Escola de Higiene & Medicina Tropical de Londres, chama de uma “tempestade perfeita”. Serviços de saúde pública deficientes (resultado de anos de guerra civil), falta de confiança do povo no governo e na medicina ocidental, crenças tradicionais e até negação sobre a existência do vírus fazem com que o vírus se espalhe com rapidez e sem piedade. Além disso, os próprios funerais são um meio de contágio perigoso, pois os familiares entram em contato com os corpos infectados pelo vírus. A Organização Mundial da Saúde estima que o total de infectados chegará a 20 mil até o controle da epidemia.

ebola

Origens do ébola

e nanotecnologia texto por Raisa Jakubiak

Maior epidemia da história

Ilustração: Mikael Häggström

A atual epidemia de ébola na África Ocidental, a maior registrada na história, já teve 6185 casos confirmados e causou 2909 mortes, segundo informações do Center for Disease Control and Prevention (CDC). Ainda não existem vacinas ou medicamentos que possam conter o vírus, porém pesquisadores da Universidade do Nordeste de Boston acreditam que a nanotecnologia pode ser uma importante aliada nesta luta.

Em 1976, uma epidemia de ébola aterrorizou as cidades de Nzara e Maridi, localizadas nas florestas do Sudão. Um operário de uma fábrica de algodão local começou a apresentar febre, dores no corpo, dores de cabeça e indisposição. A princípio, estes são os mesmos sintomas de uma gripe, logo não foi dada muita importância e o homem foi tratado como se estivesse gripado. No entanto, dentro de pouco tempo seu estado físico se deteriorou e ele começou a expelir sangue pelas cavidades corporais, sintoma de febre hemorrágica. A doença desconhecida se alastrou rapidamente, inclusive porque naquela época, anterior ao descobrimento da AIDS, era comum a reutilização de agulhas e seringas. Foram 150 sudaneses mortos, de um total de 284 infectados, num intervalo de seis meses. Ao mesmo tempo, um surto parecido ocorria em Yambuku, no Zaire (atual República Democrática do Congo). As localidades dos surtos são separadas por 800 km de distância, e nenhum viajante proveniente do Sudão chegara a Yambuku. No entanto, neste local, a doença parecia mais mortal: 90% dos infectados morreram.

Hoje sabemos que as epidemias ocorridas no Sudão e no Zaire em 1976 se

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trataram de ébola. O vírus foi batizado com o nome do rio que abastecia Yambuku. Através de estudo genético, hoje sabe-se também que os vírus que atacaram as duas localidades eram ligeiramente diferentes, sendo a variedade encontrada no Zaire mais agressiva. As diferenças nos materiais genéticos mostram que os dois RNA vírus eram “primos”, originários de um ancestral em comum há cerca de mil a dois mil anos. Portanto a ocorrência dos dois surtos simultaneamente foi mera coincidência.

Somente em 1994, foi comprovado que o ébola poderia ser transmitido de macacos para o homem. Uma epidemia dizimou cerca de 25% da população de chimpanzés da Costa do Marfim naquele ano, e um entomologista suíço adquiriu o ébola enquanto fazia a necropsia de um espécime.

Uma vez que o vírus entra no corpo, tem como alvo vários tipos de células do sistema imunológico que representam a primeira linha de defesa contra a invasão. Ele infecta as células dendríticas, que normalmente exibem sinais de uma infecção em suas superfícies para ativar os linfócitos T – as células brancas do sangue que poderiam destruir outras células infectadas antes que o vírus se multiplicasse mais. Com as células dendríticas defeituosas, o sinal da infecção não é repassado para o organismo; logo as nem as células T e nem os anticorpos que dependem delas espondem à infecção. Assim, o vírus pode começar a se replicar imediatamente e com grande velocidade.

Assim como muitos outros vírus, o Zaire ebolavirus funciona, em parte, inibindo a interferona – um tipo de proteína que as células usam para dificultar a reprodução viral. Curiosamente, os linfócitos não são infectados pelo vírus, mas uma série de outros fatores – como a falta de estimulação de algumas células e sinais tóxicos de outras – evita que essas células imunes primárias combatam o vírus.

Assim que o ébola entra na corrente sanguínea e viaja para novos locais, outras células imunes chamadas macrófagos acabam fagocitando o vírus. Uma vez infectados, os macrófagos liberam proteínas que desencadeiam coagulação, formando pequenos coágulos ao longo dos vasos sanguíneos e reduzindo o fornecimento de sangue para os órgãos. Eles também produzem outras proteínas de sinalização inflamatória e óxido nítrico, que danifica o revestimento dos vasos sanguíneos, fazendo com que eles vazem.

Embora estes danos sejam um dos principais sintomas de infecção, nem todos os pacientes apresentam hemorragia externa – como sangramento dos olhos, nariz ou outros orifícios.

No fígado, o vírus destrói as células responsáveis pela produção de proteínas de coagulação e outros componentes importantes do plasma.

Células danificadas no sistema gastrointestinal induzem diarreia, levando à desidratação. Na glândula adrenal, o vírus inutiliza as células que produzem os esteroides que regulam a pressão arterial. Danos aos vasos sanguíneos levam à queda da pressão arterial, e os pacientes morrem de choque e falência múltipla de órgãos.

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Foto: Seyllou/AFP/Getty Images

O que o ébola faz?

Especialistas de saúde trabalham em uma ala de isolamento para pacientes nas instalações dos Médicos Sem Fronteiras em Gueckedou

Tratamento

Como não há uma vacina eficiente contra o ébola, o tratamento se dá pelo controle dos sintomas da doença.

Hidratação intravenosa, manutenção dos níveis de oxigênio e pressão arterial, assim como o tratamento de infecções oportunistas, podem aumentar as chances de recuperação do paciente. Pessoas que se recuperam do ébola desenvolvem anticorpos que duram pelo menos dez anos.

Alguns tratamentos experimentais já foram provados eficientes em animais, mas testes em humanos ainda não foram feitos. Segundo Peter Piot, o estágio em que se encontra a epidemia na África Ocidental torna o momento oportuno para acelerar a avaliação de novas terapias experimentais, vacinas e diagnósticos, respeitando padrões éticos para tais experimentos.

Nanomedicina contra os vírus

O laboratório do professor de Engenharia Química da Universidade do Nordeste de Boston Thomas Webster, que também é editor-chefe do International Journal of Nanomedicine, vem trabalhando numa possibilidade de lutar contra o ébola e outros vírus mortais utilizando a nanotecnologia. Num press release, Webster explicou que “Tem sido muito difícil desenvolver uma vacina ou tratamento para o ébola e vírus similares porque eles mutam muito rapidamente.

Em nanotecnologia, nós voltamos nossa atenção a desenvolver nanopartículas que poderiam se ligar quimicamente aos vírus, impedindo a mutação”.

Apesar de o laboratório trabalhar com nanopartículas há 15 anos, foi há pouco tempo que a equipe resolveu explorar os benefícios da nanotecnologia aplicada à medicina. Webster explica que seus alunos usam análogos sintéticos que mimetizam estruturas virais, e que viram na nanomedicina um potencial aliado: “Obviamente, há uma enorme necessidade de tratar o ébola e outros vírus no momento, e depende de nós estudar e procurar meios novos e criativos que a medicina tradicional não consegue.” – diz Webster.

Uma nanopartícula que vem chamando atenção dos pesquisadores é a de ouro. De acordo com Webster, nanopartículas de ouro já são utilizadas para tratar câncer, por serem bem toleradas e não tóxicas para o corpo humano. No tratamento, as nanopartículas são “bombardeadas” com ondas infravermelho e se aquecem, destruindo todo tipo de célula nociva, desde vírus à células cancerígenas. Pensando que superfícies com áreas maiores poderiam levar a um processo de aquecimento mais rápido e resultados melhores, a equipe criou “nano-estrelas” de ouro. Como a estrela tem área maior do que as esferas, é possível atacar mais vírus

à medida que as nanopartíulas são absorvidas.

No entanto, como a utilização desta tecnologia está nos estágios iniciais, há grandes desafios a serem enfrentados, entre eles o de garantir que as nanopartículas aquecidas ataquem apenas as células cancerígenas ou os vírus, ao invés de células saudáveis. Assim, o laboratório também está desenvolvendo uma nanopartícula que serviria como um “chamariz de vírus”, que atrairia os vírus para serem atacados, ao invés de células saudáveis.

Mais epidemias de ébola acontecerão, já que a população em áreas de risco aumenta rapidamente.

No entanto, com a possibilidade de tratamentos alternativos e tecnológicos serem legalmente e eticamente testados em humanos, espera-se, parafraseando Piot, que esta seja a última epidemia em que a única coisa que podemos oferecer seja quarentena e isolamento, ao invés de vacinas e tratamento. ■ Fontes: »»Attack ébola on a nanoscale, Joe O’Connell, (2014) »» Dexter Johnson, IEEE Spectrum (2014) »» Ebola’s Perfect Storm, Peter Piot, Science, (2014)C) »» Hot nanoparticles for cancer treatments, Angelika Jacobs, ETH Zürich (2014) »»A história da humanidade contada pelos vírus, Stefan Cunha Ujvari - Editora Contexto

Estratégia

sustentável para a construção

de

rodovias texto por André Sionek

Imagens: Landsat, Dados do mapa: Google

R

Visão de satélite do desflorestamento associado à construção de novas estradas em Mato Grosso, em meio à Amazônia brasileira.

Do Brasil até Bornéu, novas estradas são construídas em meio a florestas tropicais, colocando a vida selvagem, previamente intacta, em risco. Mas nem todas as estradas são ruins para o meio ambiente: uma rodovia bem planejada e construída no lugar certo pode trazer tanto benefícios econômicos quanto ambientais. Uma equipe de cientistas da Austrália diz que para preservar a biodiversidade de florestas e cerrados, novas estratégias devem ser adotadas para limitar o número de rodovias e reduzir o seu impacto. A sugestão é utilizar um plano de zoneamento que pondere os potenciais benefícios econômicos e impactos ambientais causados por novas estradas.

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odovias são assassinas de florestas tropicais. A frase pode até soar um pouco ecoterrorista, mas a realidade é que sem a expansão desenfreada de estradas, florestas tropicais no mundo todo não estariam sendo desmatadas a uma taxa de 50 campos de futebol por minuto. Estradas mal localizadas podem abrir uma Caixa de Pandora de problemas ambientais. Por exemplo, mais de 95% de todo o desmatamento, queimadas e emissões de carbono na Amazônia ocorrem dentro de 10 km de distância das estradas.

Estradas mal planejadas permitem que madeireiros e garimpeiros ilegais penetrem profundamente na floresta, causando um grave dano à vida selvagem. Isso sem falar no uso de tais estradas por caçadores e traficantes.

Mas nem todas as estradas são ruins para o meio ambiente. Quando localizadas e planejadas de forma inteligente, elas podem ajudar ao invés de fazer mal. Essa é a conclusão de William Laurance, professor da James Cook University, Austrália, num artigo publicado na revista científica Nature, em 2013. A pesquisa sugere que, de várias maneiras, as estradas são como o mercado imobiliário - tudo se resume em localização. Uma nova rodovia localizada no lugar errado, como no coração de uma floresta, pode provocar um desastre ambiental, especialmente em áreas de fronteira, onde atividades ilegais são comuns.

Contudo, em áreas bem adequadas para a agricultura e onde a floresta nativa já foi mais desmatada, uma estrada de alta qualidade (ou melhorias, como a pavimentação

Foto: Aldo Santos/SER

de uma estrada de terra existente) pode até ser benéfica para o meio ambiente. Nessas áreas, boas estradas tornam muito mais fácil o transporte de safras, fertilizantes e maquinários.

Isso aumenta a produtividade agrícola e os lucros, melhorando as condições de vida dos moradores rurais.

Tais estradas também tendem a atrair migrantes para longe de áreas selvagens vulneráveis​​, concentrando-os em zonas agrícolas altamente produtivas.

Crescimento explosivo de estradas

A Agência Internacional de Energia (IEA) prediz que, em 2050, nós teremos 60% mais rodovias do que tivemos em 2010. Isso significa aproximadamente 25 milhões de km de novas estradas pavimentadas - suficientes para dar a volta na Terra mais de 600 vezes. Elas estão aparecendo praticamente em todo lugar - para a exploração de madeira, minerais, petróleo e gás natural; para a promoção do comércio e do desenvolvimento regional; e para a construção de infraestrutura energética, como usinas hidrelétricas, linhas de energia e linhas de gás.

Até mesmo segurança nacional e paranóia têm um papel nesse processo. As primeiras grandes estradas construídas na Amazônia brasileira, a Transamazônica e a Cuiabá-Santarém, foram motivadas pelo medo de que a Colômbia ou os Estados Unidos pudessem tentar anexar a Amazônia e roubar seus valiosos recursos naturais. Da mesma maneira, a atual onda indiana de construção de estradas ao longo de sua fronteira norte faz parte de estratégias de defender seus territórios em disputa de uma

China cada vez mais estridente.

De acordo com a IEA, aproximadamente nove décimos das novas estradas serão construídas em nações em desenvolvimento, que sustentam os mais importantes ecossistemas biológicos da Terra, como florestas tropicais e subtropicais e cerrados ricos em vida selvagem.

O processo pelo qual rodovias são construídas, assim como seus impactos nas regiões afetadas, é similar independentemente do país em que isso aconteça. As motivações de quem constrói novas estradas são praticamente homogêneas: bancos de desenvolvimento multilaterais financiam rodovias para promover crescimento econômico. Com a mesma mentalidade, governos focam na importância econômica das estradas, num momento em que populações com pouca infraestrutura estão demandando cada vez mais acesso a serviços sociais e mercados urbanos. O problema é que governos rotineiramente fazem o planejamento rodoviário superestimando os benefícios econômicos e sem consulta adequada à população local. Os projetos ainda costumam avançar sem atenção suficiente para a minimização dos impactos ambientais.

Estradas bem concebidas serão cruciais no futuro. A população mundial deve atingir dez bilhões de pessoas no final deste século, com a maior parte dos aumentos ocorrendo nos países em desenvolvimento. Para atingir essa demanda, a produção de comida deverá duplicar, requerendo aproximadamente um bilhão de hectares de novas terras aráveis (uma área do tamanho do Canadá).

A Estrada do Pacífico, também conhecida como Rodovia Interoceânica é uma estrada binacional que liga o noroeste do Brasil ao litoral sul do Peru, através do estado brasileiro do Acre. A estrada cruza vários rios e ecossistemas com alta biodiversidade. A rodovia, parte da Iniciativa para a Integração da Infraestrutura Regional SulAmericana, pretende expandir o comércio entre os dois países, mas também está facilitando o garimpo e extração de madeira ilegal, além do tráfico de drogas.

Segundo estudo publicado por William Laurance na revista Nature, a Estrada do Pacífico está localizada em uma “zona de conflito”: local onde a construção de uma rodovia tem alto potencial de benefícios econômicos ao mesmo tempo em que possui grandes chances de causar danos ao meio ambiente.

Estradas bem “ concebidas serão

cruciais no futuro.”

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Esse aumento tão dramático afetará muitos ecossistemas naturais.

No momento, fazendas e terras de pastagem estão surgindo em toda parte, com os agricultores simplesmente seguindo estradas construídas para outros fins como a exploração madeireira ou de minérios.

Muitas fazendas são instaladas em áreas com solo ou clima pouco favorável, ou são demasiadamente isoladas para serem rentáveis. Para limitar o impacto ambiental, é preciso um plano global para a construção de rodovias que mostre onde boas rodovias devem ou não ser construídas.

Construção sustentável de rodovias

Pesquisadores de várias universidades, liderados por Laurance, desenvolveram um plano de zoneamento global dos potenciais benefícios econômicos de estradas e os danos ambientais que elas eventualmente poderiam causar. O artigo publicado na revista Nature ilustra a concepção desse mapa e seu potencial como uma ferramenta

de planejamento para o desenvolvimento sustentável de novas estradas.

Esse plano de zoneamento em larga escala tenta limitar os custos ambientais da expansão de rodovias ao mesmo tempo em que maximiza seus benefícios no aumento da produção de alimentos. Os autores integraram bases de dados globais para desenvolver um mapa contendo uma camada de "impacto ambiental", assim como uma camada de "benefício das estradas".

A camada de impacto ambiental integra conjuntos de dados globais em três classes de parâmetros: biodiversidade; habitats selvagens chave; armazenamento de carbono e serviços de regulação do clima do ecossistema local. Os valores para cada classe foram igualmente ponderados e redimensionados no intervalo 0-1. As regiões que obtiveram um bom resultado nessa camada incluem florestas úmidas tropicais e subtropicais, ecossistemas mediterrâneos, cerrados, florestas ricas em vida selvagem na América do Sul e África, muitas ilhas, algumas

Camada de benefícios das estradas: mostra áreas adequadas para intensificação da agricultura, onde novas estradas podem potencialmente promover aumentos nas produções agrícolas.

Mapas: W. Laurance / global-roadmap.org

Camada de impacto ambiental: integra os dados de biodiversidade terrestre, habitats chave, vida selvagem e serviços ambientais.

cadeias de montanhas, algumas florestas de maior latitude, entre outros.

A camada de benefício das estradas identifica as áreas onde as novas estradas, ou a melhoria das estradas já existentes, poderia ajudar a aumentar a produção agrícola. Assim como a camada de impacto ambiental, é um índice relativo de 0 a 1. Em termos gerais, as áreas que têm pontuação alta nessa camada foram, em grande parte, convertidas em terras para agricultura (e, portanto, têm pouca vegetação nativa remanescente). Em geral têm solo e clima adequados para a agricultura. Estas áreas também não estão tão distantes dos mercados urbanos, de forma que os custos de colheita e transporte não se tornam proibitivos.

Estes mapas são interessantes pois podem ser sobrepostos a sistemas de informação geográfica resultando numa carta de planejamento que classifica regiões de acordo com o seu potencial para dano ecológico e benefício econômico.

Para propósitos de planejamento,

Sobreposição das duas camadas. As áreas verdes têm prioridade para preservação do meio ambiente; áreas vermelhas têm prioridade para a agricultura e construção de novas estradas; áreas escuras são zonas de conflito, onde as duas prioridades são altas; e áreas claras que têm pouca prioridade para novas estradas e para proteção ambiental.

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três grandes áreas de interesse emergem dessa sobreposição: aquelas com benefícios econômicos potencialmente altos (regiões vermelhas do mapa); aquelas com alto risco potencial de danos ambientais (regiões verdes); e aquelas com ambos os índices elevados (em preto).

As políticas para a implementação de novas estradas são relativamente simples para as duas primeiras situações. Construir rodovias onde os potenciais benefícios econômicos são altos e evitá-las nas regiões onde existe risco de danos ecológicos. O desafio está nas chamadas "zonas de conflito" identificadas por Laurance e seus colegas. Nessas regiões, existe alto potencial para benefício econômico e para danos ecológicos. Os autores sugerem que essas zonas são pontos chave para a implementação de políticas alternativas - isto é, é preciso algo além da construção de mais rodovias para gerar desenvolvimento sustentável nessas áreas. Exemplos de políticas alternativas que podem gerar

benefícios econômicos com poucos danos ambientais nessa região vão desde o ecoturismo e extração sustentável de recursos, até pagamentos por serviços de preservação do ecossistema.

O modelo desenvolvido pelos pesquisadores é um importante primeiro passo na direção de um planejamento rodoviário estratégico que reduz o impacto ambiental e maximiza os benefícios econômicos das estradas. Esse planejamento proativo deve ser um elemento central em qualquer discussão sobre a expansão de rodovias e o zoneamento de terras no seu entorno. E se você acha que pode produzir melhores mapas sobre o impacto de novas estradas, dê um passo à frente: Laurance e seus colegas disponibilizaram todos os dados online em www.global-roadmap.org. ■

Plano de zoneamento que pondera potenciais benefícios econômicos e impactos ambientais de estradas na América do Sul.

Fontes: »»W. F. Laurance et al., Nature 495, 308–309 (2013) »»W. F. Laurance et. al., Nature 513, 229–232 (2014) »» S. G. Perz, Nature 513, 178–179 (2014)

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A revolução dos carros autônomos

texto por André Sionek

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os últimos cem anos, a inova- "ver" 360 graus em torno do veículo ção na indústria automotiva e coletar dados milhares de vezes trouxe vários avanços tecnopor segundo. A tecnologia é capaz de lógicos, contribuindo para o desenvol- guiar os veículos no fluxo do tráfego vimento de carros mais seguros, limde forma mais precisa que um motopos e baratos. Porém, desde que Henry rista humano poderia, e ela pode Ford introduziu a linha de montagem reagir mais rapidamente. Sistemas móvel, as alterações têm sido increautônomos não ficam bêbados nem mentais. Finalmente, nas primeicansados - e não se distraem ao enviar ras décadas do século 21, a indústria mensagens de texto enquanto dirigem. parece estar à beira de uma mudança Embora a Google já tenha perrevolucionária e com potencial para corrido mais de 1 milhão de km com reformular drasticamente não só o a sua frota de carros autônomos, ela cenário competitivo, mas também a não está sozinha; fabricantes de carros maneira como interagimos com os mais tradicionais e seus fornecedores veículos. Essa revolução, que pode também estão desenvolvendo funacontecer antes do que você imagina, é cionalidades de autocondução utiliencabeçada pelo desenvolvimento dos zando soluções baseadas em sensoveículos autônomos, ou autocondução. res. Eles estão começando a entregar Em 2010, a Google revelou que melhorias na segurança e convenihavia projetado e estava testando ência do motorista através do desenuma frota de carros autônomos, tudo volvimento de uma nova geração de com base em tecnologias desenvolSistemas Avançados de Assistência de vidas em competições patrocinadas Direção (ADAS, em inglês). O objepela Agência de Projetos de Pesquisa tivo é fazer com que carros aprenAvançada de Defesa dos EUA (DARPA, dam e reajam ao tráfego e às condina sigla em inglês). O sistema utilições ambientais, tornando-se zado para controlar os veículos autônomos emprega sensores que podem

Estamos prestes a passar por uma transformação sem precedentes na história dos transportes, de forma que engenheiros terão que enfrentar as oportunidades e desafios que irão remodelar o futuro da profissão. muito mais seguros e eficientes Segundo uma pesquisa da KPMG em parceria com o Centro para Pesquisa Automotiva (CAR, na sigla em inglês), o mercado não vai somente aceitar os veículos autônomos, mas essa tecnologia será o motor da indústria automobilística nos próximos anos. Os consumidores estão ansiosos por novas alternativas de mobilidade que os permitam ficar conectados e recuperar um pouco do tempo e energia desperdiçada em engarrafamentos e em direção defensiva.

Esse cenário cria uma certa urgência para que profissionais das engenharias se engajem em diálogos e parcerias com uma variedade de stakeholders deste processo, desde desenvolvedores de softwares e sistemas, até fabricantes de carros e órgãos reguladores.

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Por que carros autônomos?

O que faz um carro dirigir sozinho?

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Radar

Três sensores radar ficam posicionados na frente do veículo e um na traseira. Eles auxiliam a determinar a posição de objetos distantes.

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GPS e sensores de movimento

O carro possui um localizador GPS para navegação assim como sensores de movimento, como giroscópios e acelerômetros, que ajudam a identificar mudanças bruscas na velocidade e direção.

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Câmera de vídeo

Uma câmera montada próxima ao retrovisor detecta os semáforos e ajuda o computador de bordo a reconhecer obstáculos em movimento, como outros veículos, ciclistas e pedestres.

Mapeamento guiado por laser

Um sensor rotativo com lasers posicionado no teto escaneia mais de 60 m em todas as direções para construir um mapa tridimensional preciso dos arredores do veículo.

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Estimador de posição

Um sensor montado na roda traseira esquerda mede pequenos movimentos realizados pelo carro e ajuda a localizar a sua posição com precisão no mapa.

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Prevenindo a maioria dos acidentes com veículos. Aproximadamente 90% dos acidentes são causados por erros do motorista; Diminuindo a taxa de mortalidade de crianças com menos de 12 anos.

Acidentes são uma das principais causas de mortes de crianças; Diminuindo o número total de mortes no trânsito. Cerca de 1,3 milhões de pessoas morrem todos os anos em acidentes de carro; Reduzindo o número de feridos em acidentes. Estima-se que 50 milhões de pessoas sofram ferimentos graves em acidentes automotivos anualmente; Recuperando a produtividade perdida no trânsito. Motoristas americanos gastaram 5,5 bilhões de horas nos seus carros em 2011; Poupando dinheiro desperdiçado em congestionamentos. Só nos EUA são gastos 121 bilhões de dólares em tempo e combustível por ano, cerca de 800 dólares por pessoa;

Imagem meramente ilustrativa: Shutterstock

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Criar carros capazes de reagir automaticamente às condições no seu entorno tem o potencial de não somente transformar a maneira como dirigimos, mas também de transformar a sociedade.

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Tecnologia de Veículos Autônomos Além da Google, outros fabricantes de veículos e desenvolvedores de softwares estão trabalhando em tecnologias de autocondução. No entanto, a maioria está introduzindo as novas tecnologias de forma progressiva no mercado. A Administração Nacional de Segurança Rodoviária dos EUA (NHTSA) definiu cinco níveis sugeridos para automação de veículos.

Nível 0 (Sem automação):

- O ser humano está no controle completo e exclusivo de funções críticas de segurança em todos os momentos - freio, aceleração e direção.

Nível 1 (Automação de funções específicas):

- O condutor tem completa autoridade, mas cede controle limitado de certas funções para o veículo em algumas condições normais de direção ou em situações de colisão iminente. Exemplos: Velocidade de cruzeiro adaptativa, Controle Eletrônico de Estabilidade, freamento automático.

Foto: Levi Bianco/Brazil Photo Press

Nível 2 (Automação de funções combinadas)

- Automação de pelo menos duas funções de controle projetadas para funcionar em harmonia em certas condições de dirigibilidade. Por exemplo, velocidade de cruzeiro adaptativa e manutenção de faixa.

- Permite dirigir sem as mãos ao volante e sem a operação dos pedais.

- O motorista ainda é responsável pelo monitoramento e operação segura do veículo e deve estar disponível em todos os instantes para retomar o controle do veículo.

Nível 3 (Autocondução limitada)

- O veículo controla todas as funções de segurança sob certas condições de tráfego e ambiente.

- O ser humano pode ceder autoridade de monitoramento para o veículo, que deve alertar o motorista caso as condições exijam uma transição para o controle humano.

- É esperado que o motorista esteja disponível para controle ocasional.

Nível 4 (Automação total da direção)

- O veículo controla todas as condições de segurança e as monitora durante toda a viagem.

- O ser humano fornece a informação sobre o destino e navegação, mas não é esperado que esteja disponível para assumir o controle durante a viagem.

- A responsabilidade pela operação segura do veículo depende totalmente do sistema automatizado.

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Como os carros estão mudando

Hoje a maior parte dos fabricantes oferece tecnologia de automação de nível 1. Alguns avançaram para o nível 2, com assistentes de estacionamento e sistemas de manutenção de faixa. O sistema de direção inteligente da Mercedes Benz é um exemplo: ele usa dados de sensores para parar o veículo autonomamente em antecipação a uma colisão, e pode aplicar freios em somente um lado do veículo para auxiliar na centralização do mesmo na faixa de rolamento. Os carros da Google são exemplos do nível 3, em que o motorista sempre tem que estar presente. O nível quatro representa o último estágio no desenvolvimento de veículos autônomos. O processo de transformação dos automóveis pode ser resumido em três passos: “Informar, Assistir, Assumir.”

O primeiro passo começou com a revolução dos telefones celulares. Os motoristas passaram a exigir informações e integração com dispositivos móveis. Computadores de bordo e integrações com smartphones se tornaram diferenciais nos veículos. À medida que os motoristas passaram a esperar que seus carros executassem as funções de um dispositivo digital, foram surgindo novas demandas. As montadoras então passaram a fabricar veículos capazes de "assistir" os motoristas. Velocidade de cruzeiro adaptativa, controle eletrônico de estabilidade e freamento automático de emergência são algumas das novas capacidades que demonstram como o poder de computação está transformando o que os carros podem fazer. Sendo primitivamente um dispositivo mecânico, hoje os veículos estão mais para computadores sobre rodas. O desafio é que,

conforme o nível de funcionalidades aumenta, a capacidade de processamento requerida também aumenta.

A próxima geração de Sistemas Avançados de Assistência de Direção promete um nível sem precedentes de segurança e conveniência. O carro se transforma em um sistema capaz de comunicar, colaborar e finalmente assumir a direção do veículo em quase todas as situações (estacionamento, direção na cidade, direção em estradas, etc). Porém, estas novas capacidades vão requerer que os fabricantes de automóveis promovam soluções de computação que são mais semelhantes a servidores de dados do que às tecnologias baseadas em smartphones utilizadas hoje em dia.

Agora a pergunta é: Quando nós veremos veículos autônomos com frequência nas ruas? Fontes da Google dizem que vai levar de três a cinco anos. Audi, BMW, GM, e Nissan esperam levar carros autônomos para o mercado por volta de 2020. Usando as projeções de trocas de veículos, a penetração no mercado dos EUA pode ficar entre 11% e 34% em cinco anos e 22% a 59% em dez anos. Isso significa que carros autônomos podem estar presentes em número significativo nas ruas dos EUA dentro de uma década.

Já no Brasil, considerando a defasagem tecnológica de aproximadamente 20 anos da indústria automobilística e os preços proibitivos dos modelos não populares, podemos esperar ver carros autônomos circulando em 30 ou 40 anos em terras tupiniquins.

Tecnologias de autocondução

Embora a tecnologia de veículos autoguiados seja complexa, seus elementos podem ser divididos em

Foto: Getty Images

Os carros autônomos da Google ainda estão em desenvolvimento, mas já circularam por boa parte da Califórnia, desde ambientes urbanos até estradas em regiões montanhosas. Cada veículo da frota circula com um engenheiro no banco do passageiro e, no banco do motorista, um condutor habilitado apto a assumir o controle em caso de necessidade.

quatro categorias básicas de componentes: sensores, mapeamento, percepção, e comunicação.

A tecnologia de sensores inclui uma variedade de hardwares como: câmeras para direção em luz do dia, sensores de infravermelho para direção noturna e detecção de animais e pessoas, radares para medição de distância e velocidade, sistemas GPS para determinar a localização, acelerômetros e giroscópios para detectar mudanças na velocidade e direção, entre outros.

Mapeamento tipicamente se refere à coleção de arquivos coordenados de pontos ou segmentos que representam ruas, endereços de origem e destino, e fotografias aéreas.

Um mapeamento offline extremamente preciso tem sido a chave no desenvolvimento do programa de direção autônoma da Google.

A tecnologia de percepção inclui o conjunto de softwares que processa e funde os dados de diversos sensores, os compara com os mapas armazenados e determina como o veículo vai reagir às informações coletadas. Isso inclui determinar e manter a posição do carro na faixa de rolagem, respeitar outros veículos e pedestres, desviar de obstruções, monitorar e reagir a dispositivos de controle de tráfego (como semáforos), acompanhar a localização do veículo no mapa, monitorar e reagir a forças agindo sobre o veículo e, finalmente, monitorar a saúde do veículo e dos sistemas automáticos.

As tecnologias de comunicação podem ser de veículo para veículo (V2V), do veículo para a infraestrutura (V2I) ou ambos (V2X). A V2V permite que os veículos compartilhem informações sobre as suas posições e intenções de movimento, permitindo que

outros carros antecipem e respondam a manobras. V2I pode permitir que o veículo se comunique com dispositivos de controle de tráfego e permite trocar informações de mapeamento entre fontes estacionárias e veículos.

Um mundo sem acidentes

Poderíamos discorrer sobre todos os potenciais benefícios dos carros autônomos, sejam eles econômicos, de mobilidade ou ainda de produtividade. Porém, existe um benefício que merece maior atenção: a segurança de todos os envolvidos no trânsito.

No mundo todo, 1,24 milhão de pessoas morreram em acidentes de trânsito em 2010. Nos Estados Unidos, foram aproximadamente seis milhões de colisões de veículos, levando a mais de 32 mil mortes - aproximadamente 15 para cada 100 mil pessoas. Destes seis milhões de acidentes, 93% foram causados por erros humanos. O impacto econômico também é significativo. Mais de 2,3 milhões de motoristas e passageiros adultos foram tratados em prontos socorros dos EUA em 2009. De acordo com a Associação Americana de Automóveis (AAA), acidentes de trânsito custam 299,5 bilhões de dólares para os americanos anualmente.

Já no Brasil, só em 2012 foram registradas mais de 60 mil mortes no trânsito segundo dados do DPVAT, representando 30,9 mortes por 100 mil pessoas. Um estudo do Instituto Alberto Luiz Coimbra, da Coppe/ UFRJ, estima que cada morte no trânsito em área urbana custe R$ 232,9 mil, sendo que as que ocorrem em rodovias chegam a custar R$ 576,2 mil.

Até mais trágico do que isso é saber que a maior parte dessas

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Foto: Google/Volvo/DS

Com carros autônomos as pessoas poderão utilizar o tempo de deslocamento para realizar outras atividades. Além disso, o veículo não comete erros de cálculo e desvios de atenção comuns a motoristas humanos, extinguindo, virtualmente, os acidentes de trânsito.

fatalidades são causadas por erros humanos que poderiam ser evitados.

Carros autônomos têm o potencial para virtualmente eliminar todos os erros humanos e a maior parte das colisões de veículos. Logo, o objetivo não é criar carros autônomos que dirijam tão bem quanto motoristas humanos - que as evidências mostram que não dirigem tão bem assim. O objetivo é desenvolver carros à prova de acidentes.

Eventualmente, o desenvolvimento de veículos conectados ao mundo exterior através de sensores e dotados de sistemas de comunicação entre veículos (V2X) levará a carros que não batem - ou que pelo menos não podem colidir em condições normais de operação. A falha dos sistemas continua uma possibilidade, porém a evolução desses veículos implicará em uma série de sistemas redundantes que podem substituir um ao outro e manter a direção segura mesmo na ocorrência de falhas. Esse futuro eliminaria os ferimentos e danos a propriedades associados a acidentes de trânsito e poderia salvar mais de 30 mil vidas por ano.

Implicações para os profissionais de engenharia

Veículos autônomos criarão vários desafios para aqueles que planejam e projetam estruturas para transportes. A formação de pelotões de veículos eletronicamente conectados a um veículo líder já está em fase de testes na Europa e oferece potencial para direção segura e automática em algumas rodovias. Faixas especiais podem ser necessárias para estes casos, e algum espaço adicional pode ser necessário para veículos que queiram entrar ou sair do pelotão.

Sistemas de assistência ao estacionamento já são oferecidos como opções em alguns carros. Essa tecnologia provavelmente será melhorada para permitir que os motoristas e passageiros desçam do veículo antes dele

estacionar sozinho. Dessa maneira, as áreas de estacionamento podem ser redesenhadas para serem mais compactas e até localizadas a distâncias maiores dos prédios a que atendem. Os veículos autônomos também devem seguir as faixas de rolamento com maior precisão, o que poderá permitir a construção de faixas mais estreitas.

O que também pode causar padrões de desgaste no pavimento, exigindo mudanças na sua composição e projeto.

Quando carros totalmente autônomos forem permitidos nas rodovias, observaremos algumas mudanças nos padrões de congestionamento a nível local e regional. Imagine veículos indo sozinhos a determinados locais quando requisitados, pais deixando seus carros levarem as crianças para a escola sozinhos, entre outros. Transporte público, táxi e serviços de frete provavelmente irão sofrer grandes transformações. É provável que o atual modelo de propriedade individual de veículos também sofra significativa mudança.

As implicações também serão profundas para quem projeta veículos, pois, até agora, a segurança dos veículos focou somente em manter motoristas e passageiros intactos na ocorrência de colisões. Carros autônomos trabalhariam como uma medida preventiva a acidentes. Isso significa que, em determinado momento, os carros autônomos não precisarão mais de quantidades significativas de aço estrutural, ou até mesmo airbags e outros dispositivos de segurança. Os veículos não só seriam muito mais leves, mas um mundo sem acidentes também implicaria em alterações no projeto e desenvolvimento de veículos, nos custos e metodologias de fabricação e em várias outras características hoje existentes no ecossistema de veículos.

Isso abriria oportunidades de negócios para novos players de mercado - desde companhias de software e eletrônicos até empresas de design e fabricação.

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Claramente, nem todo mundo ficaria feliz com essas mudanças.

Metalúrgicas, por exemplo, veriam uma queda na demanda por seu produto, enquanto fornecedores de eletrônicos observariam um aumento de demanda. Mas os impactos vão além da cadeia de produção da indústria automotiva. Oficinas de reparos e manutenção de veículos poderiam perder parte de seus negócios, embora elas possam encontrar novas oportunidades num mercado de personalização de veículos. Um mundo sem acidentes também afetaria as companhias de seguro, que teriam que rever os seus modelos de subscrição, hoje baseados nos comportamentos dos motoristas. Finalmente, os veículos autônomos não só seriam à prova de colisão, como também respeitariam todas as regras de trânsito, embora essas regras possam ser bem diferentes das que estão em efeito hoje.

Enfim, um mundo com carros mais inteligentes, menos acidentes e congestionamentos está mais próximo do que imaginamos. Junto com a disrupção na indústria automobilística, sofreremos grandes mudanças como sociedade, e é importante que estejamos preparados para enfrentar os desafios e aproveitar as oportunidades que surgirão com este processo. ■ Fontes: »» Self-driving cars: The next revolution, KPMG e CAR (2012) »» Self-Driving the New Auto Industry Paradigm, Morgan Stanley Research (2013) »» J. M. Lutin et al., ITE Journal (2013) »»Technology and Computing Requirements for Self-Driving Cars, Intel (2014) »» Globalização de segunda linha: a maldição das carroças, P. Kutney, Automotive Business (2012) »“Human » error as a cause of vehicle crashes,” B. W. Smith, Stanford Law School (2013) »»Traffic Safety Facts, NHTSA (2003) »» Road traffic injuries, WHO (2013) »» Sitting In Traffic Cost Americans $818 On Average In 2011: Report, Huffington Post (2013)

Tecnologia que

salva vidas Conheça e entenda a tecnologia por trás dos exames de imagem que ajudam a detectar precocemente o câncer de mama em milhões de mulheres no mundo todo. texto por Rosangela Requi Jakubiak

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A mamografia é o exame “padrão ouro” na detecção precoce do câncer de mama, principalmente pela sua alta resolução espacial, que permite a detecção de pequenos depósitos de cálcio no interior dos tecidos mamários, chamados de microcalcificações. As microcalcificações podem ser produzidas a partir de secreções das células ou de restos celulares necróticos. Geralmente as microcalcificações individuais têm uma dimensão entre 0,1 e 1,0 mm e diâmetro médio de cerca de 0,5 mm.

utubro é o mês mundial de combate ao câncer de mama, conhecido como Outubro Rosa. O evento não foi criado à toa: mais de 500 mil mulheres morrem todos os anos em consequência desta doença, sendo que o diagnóstico precoce aumenta consideravelmente as chances de cura. No Brasil, o câncer de mama é o mais frequente e a principal causa de morte entre as mulheres. A estimativa é de 57 mil novos casos para 2014 de acordo com o Instituto Nacional do Câncer (INCA).

Mas como é feita a detecção do câncer de mama?

A mamografia é reconhecida como o exame “padrão ouro” para diagnosticar as patologias mamárias. É considerada o método mais adequado para detectar o câncer de mama em estágio pré-invasivo e, portanto, indicado para o rastreamento dessa doença em termos populacionais.

Um exame com alto padrão de qualidade pode, em 85% a 90% dos casos, detectar um tumor mais de dois anos antes de ocorrer acometimento ganglionar. Por possuir alta resolução espacial, a mamografia possibilita visualizar microcalcificações, que são uma das marcas dos estágios iniciais do câncer de mama.

Detectando lesões

Na mamografia, um feixe de raios X com energia entre 23 e 35 kV é atenuado seletivamente pelos tecidos da mama. Como cada tecido tem estrutura molecular com densidades e números atômicos ligeiramente diferentes, seus coeficientes de atenuação de raios X são distintos. Isto permite diferenciar tecidos ao analisar a intensidade dos feixes que os atravessam.

As mamas possuem diferentes quantidades de tecido glandular e de gordura. Em geral, as mulheres mais jovens apresentam mamas com maior quantidade de tecido fibroglandular e menos gordura. Como os nódulos malignos (carcinomas) têm uma densidade muito parecida com a do tecido fibroglandular, uma das maiores limitações da mamografia é a resolução de contraste - os tons de cinza que são atribuídos aos diferentes tecidos devido a seus diferentes coeficientes de atenuação dos raios X. Esta limitação ocorre principalmente em mamas densas, pois os coeficientes de atenuação linear dos tecidos fibroglandulares são próximos dos sinais patológicos.

Vários estudos mostram que em imagens bidimensionais (2D), tanto em mamografia convencional como em digital, há sempre o risco de tecido denso se sobrepor ou subpor a um tumor, dificultando a diferenciação no exame e gerando dúvidas no diagnóstico. Isso pode, muitas vezes, levar à necessidade da paciente se submeter a métodos adicionais para confirmar ou não a presença do tumor.

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Ultrassonografia (US)

Na US, um transdutor acoplado à mama emite pulsos através de um gel propagador de ondas sonoras. A imagem de US tem a vantagem de não ser afetada pelos tecidos densos, como na mamografia, bem como de não requerer o uso de radiação ionizante. Além disso, tem um custo relativamente baixo. As imagens são livres dos problemas de sobreposição das estruturas que são uma limitação na efetividade da mamografia. Por outro lado, a técnica é altamente dependente do operador, tornando o exame menos reprodutível, é um processo demorado e possui severas limitações na visualização e caracterização das microcalcificações.

A US desempenha um papel importante como método complementar na detecção do câncer de mama, mas a sua utilização para o rastreamento ainda não foi cientificamente validada. As pesquisas continuam no sentido de estabelecer o seu uso no rastreamento de mulheres com alto risco de desenvolver câncer de mama e com mamas radiograficamente densas.

Ressonância Magnética (RM)

O princípio da RM é a representação da composição química dos vários tipos de tecidos expostos a um campo magnético de alta intensidade (1,5 a 3,0 T), emitindo um sinal que pode ser captado por uma bobina de detecção que gera a imagem. Assim como a ultrassonografia, a RM não emprega radiação ionizante durante a aquisição das imagens, o que representa um fator de proteção ao paciente.

No caso da RM` das mamas, é essencial que se utilize o contraste paramagnético (gadolínio) endovenoso para a avaliação completa das mamas e das axilas. A técnica pode ser empregada em programas de rastreamento de mulheres de alto risco - seja por causa de forte histórico familiar ou de anomalias genéticas. É um método sensível de imagem da mama, e é empregada praticamente sem nenhuma influência de densidade da mesma. Porém, requer equipamentos altamente especializados, especialistas altamente treinados e os seus custos são elevados. A ressonância magnética possui alta sensibilidade para cânceres invasivos, mas não pode detectar ou distinguir as calcificações devido sua limitada resolução espacial. Ela também é contraindicada para alguns perfis de pacientes, tais como portadores de alguns tipos de marca-passo, neuroestimuladores e determinados tipos de implantes metálicos.

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Visando diminuir este problema, surgiu a Tomossíntese Digital Mamária (Digital Breast Tomosynthesis - DBT). Essa é uma técnica de imagem da mama baseada na reconstrução de vários planos tomográficos, na qual diferentes ângulos de projeção são utilizados para criar uma impressão tridimensional (3D) da mama. Com isso, há melhora na detecção de lesões.

Mamografia convencional vs digital

Existem dois processos para a realização de mamografia: o processo convencional, empregando sistemas tela-filme (STF), e o processo digital. O STF possui resolução espacial de até 20 pares de linha por milímetro. Já os novos sistemas de mamografia digital possuem pixels (menores elementos da imagem) que variam entre 50 a 100 µm. Existem dois tipos de sistemas de detecção digital no mercado. Um incorpora uma placa de fósforo fotoestimulável inserida em um cassete durante a exposição. É frequentemente referida como tecnologia de radiografia computadorizada (CR). Sistemas que contêm outros tipos de detectores, normalmente integrados no sistema ao invés vez de colocados em cassetes separados, são denominados sistemas de radiografia digital (DR).

Os fabricantes dos sistemas de mamografia digital adotaram abordagens tecnológicas distintas no desenvolvimento dos detectores.

De acordo com o método de captura, eles são classificados como de captura direta ou indireta da imagem.

No sistema DR de captura direta, os fótons de raios X que foram transmitidos através da mama interagem diretamente com uma placa de material fotocondutor de selênio amorfo (a-Se), que converte os raios X absorvidos em um sinal elétrico em um dos elementos da matriz de detectores, sendo convertido em um sinal digital.

O método de captura indireta usa um processo de duas etapas para a aquisição da imagem. Normalmente, há um tipo de fósforo que interage com o feixe de raios X incidente. Neste tipo de sistema estão inseridos os seguintes elementos: cintilador de tela plana única, que utiliza como detector de raios X o CsI(Tl) (Iodeto de Césio ativado com Tálio) e matriz de fotodiodos, classificado como sistema DR de conversão indireta. Os sistemas que utilizam as placas de fósforo fotoestimulável onde o detector é o fluorobromido de bário (BaFBr) são sistemas de mamografia CR. A sensibilidade da mamografia nos programas de rastreamento nos Estados Unidos foi de 75%, ou seja: a cada 100 mulheres com câncer da mama, a mamografia falhou na detecção em 25. A sensibilidade mamográfica é menor em mulheres jovens, com mamas densas ou com alto risco para câncer da mama, especialmente naquelas com mutação no gene supressor do câncer mamário, BRCA1 e 2. Isso motivou estudos avaliando o uso da ultrassonografia e da ressonância magnética como métodos suplementares no rastreamento do câncer da mama em mulheres com mamas densas e naquelas com alto risco para o câncer da mama.

Futuro da detecção de câncer de mama

A mais recente tecnologia para detecção do câncer de mama é o equipamento de tomografia computadorizada (TC), aqui denominado TCD, projetado para avaliar especificamente a região das mamas.

A TCD tem por objetivo reduzir o efeito da sobreposição dos tecidos durante a aquisição, produzindo imagens 3D sem o desconforto da compressão. Ela operará com valores de energia em torno de 49 kV, mantendo os padrões de resolução espacial da mamografia e com cortes em torno de 0,25 mm. Esta tecnologia promete superar a limitação

de contraste da mamografia, principalmente em mamas densas.

A técnica fará uso de um agente de contraste iodado não iônico como ferramenta para quantificação do diferencial da permeabilidade capilar entre tecidos normais e malignos. A TCD ainda não está disponível no mercado mundial, mas há duas empresas fabricando os tomógrafos que estão em fase de aprovação de órgãos reguladores na Europa, Canadá e Estados Unidos.

Ainda não há uma única modalidade de imagem que isoladamente tenha um alto grau de exatidão na detecção de todos os tipos de câncer de mama. Enquanto isso, a mamografia continua sendo o método padrão de rastreamento, sendo a única modalidade capaz de detectar e caracterizar as microcalcificações. Os avanços tecnológicos e a disponibilização de novos sistemas de imagem, assim como um melhor entendimento da biologia do câncer, certamente aumentarão as chances de detecção precoce do câncer de mama, elevando a possibilidade de cura de milhões de mulheres no mundo todo. ■ Fontes: »» Sechopoulos I., Medical Physics 40, 014301 (2013) »»Wendie A. Berg, et al., JAMA, 307(13):1394-1404 (2012) »»Vedantham S. et al., Phys Med Biol. 21; 58(12):4099-118 (2013) »» Jakubiak, R. R. et al., Phys. Med. Biol. 58: 6565-6583 (2013) »» Marshall N. W. et al., Phys. Med. Biol. 56: 4201-4220 (2011)

Rosangela Requi Jakubiak é doutora em Eng. Biomédica e professora fundadora do curso de Tecnologia em Radiologia da UTFPR

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10/3/14

A dor causada pela compressão das mamas é uma das maiores reclamações na realização do exame de mamografia ou de tomossíntese. Contudo, apesar do desconforto causado na paciente, a compressão da mama é um elemento essencial na mamografia. A compressão adequada diminui e uniformiza a espessura da mama, permitindo utilizar menores doses e tempos de exposição aos raios X, diminuindo o espalhamento e melhorando o contraste. Após a compressão, há redução na sobreposição dos tecidos e a estrutura do tecido mamário pode ser adequadamente visualizada. A redução da movimentação da paciente também contribui para o aumento da resolução. Ou seja, há muitas razões técnicas que justificam a dor sentida durante o exame.

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RASTREAMENTO do câncer de mama para mulheres acima dos 40 anos.

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“Se eu tivesse apenas uma hora para salvar o mundo, gastaria 55 minutos para definir o problema e 5 minutos para resolvê-lo” Albert Einstein

Para encontrar uma solução é preciso definir um problema

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texto por Alexandre Müller e Danilo Palomares edição por André Sionek

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os anos 80, as músicas de Renato Russo arrastavam multidões de jovens inconformados com a realidade do Brasil.

Trinta anos depois, os líderes que inspiram os jovens não são mais os mesmos. Eles estão espalhados por todo o mundo: desde o Vale do Silício, como Steve Jobs e Mark Zuckerberg, passando por Bangladesh, como o líder dos negócios sociais, Muhammad Yunus e chegando até o Brasil, como Jorge Paulo Lemann e Abílio Diniz, considerados dois dos maiores empreendedores brasileiros. Ambos são referência para quem acredita que o país pode ser transformado pelos jovens através do empreendedorismo.

Segundo uma pesquisa da Endeavor, 60% dos jovens universitários brasileiros tem interesse em empreender. Porém, apenas 23% chegam a avançar com suas ideias. Apesar de já existirem diversos estímulos ao empreendedorismo nas universidades, a exemplo das Empresas Júniores, Ligas Empreendedoras e a AIESEC, ainda faltam recursos e ferramentas para que mais jovens tirem suas ideias do papel. Já nos EUA, berço de empresas como Apple e Google, a realidade é bem diferente. Lá, os jovens, desde os primeiros anos de faculdade, têm em suas mãos a chance de participar de competições de empreendedorismo e contato com aceleradores e investidores. Muitos deles acabam empreendendo antes mesmo de terminar a faculdade. Alguns aplicativos, como o Tinder e o Instagram, por exemplo, surgiram nesta realidade.

Esse choque cultural impressionou dois amigos, Alexandre e Danilo, ambos selecionados pelo Ciência sem Fronteiras para estudar por um ano na USC - University of Southern California, em Los Angeles. A USC foi eleita pelo ranking U.S. News and World Report’s 2014, como dona do segundo melhor programa de empreendedorismo universitário dos Estados Unidos.

Definir um problema

Eles contam que a definição de um problema deve ser o primeiro passo para quem quer transformar ideias em produtos. O foco no problema e nas necessidades dos clientes se tornou um dos principais mantras para as startups da Califórnia. Isso ganhou força nos últimos tempos por consequência dos inúmeros apps e startups, que, mesmo sem uma proposta de valor que resolvesse um problema real, receberam

Ideation Para Alexandre e Danilo, o problema identificado é a falta recursos e ferramentas para o empreendedorismo universitário. Em abril deste ano, após cursar disciplinas de empreendedorismo tecnológico e global, participar de algumas competições de empreendedorismo e ter contato com aceleradoras e investidores, os dois tiveram a ideia de proporcionar uma experiência semelhante à vivenciada nos EUA para os jovens brasileiros.

Foi assim que eles idealizaram a competição Sua Ideia na Prática, que está acontecendo nesse segundo semestre de 2014 em 5 cidades (Brasília, Florianópolis, Porto Alegre, Rio de Janeiro e São Paulo). A dinâmica da competição se dá em cinco etapas: brainstorm para identificação problemas; investigação mais profunda do assunto; desenho da solução e criação de um modelo de negócios; preparação de um Elevator Pitch - apresentação de um minuto para investidores e parceiros; e finalmente uma apresentação de cinco minutos para jurados e investidores.

Até agora, mais de 250 jovens já foram impactados pelas ações de Danilo e Alexandre, que, além da competição, apresentaram um workshop no Encontro Nacional de Empresários Juniores. Eles contam que jovens de todo o Brasil pediram ações da Ideation nas suas cidades. Por isso, eles estão trabalhando em alguns workshops para estas localidades.

Os organizadores do evento veem que o empreendedorismo pode resolver vários problemas que existem hoje no Brasil, e acreditam que a medida que mais jovens se engajarem em iniciativas como esta, estaremos cada vez mais perto das soluções.

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ÁRVORE DE PROBLEMAS

Efeitos diretos

Uma ferramenta que auxilia na identificação e definição de um problema é a “Árvore de Problemas”. De uma maneira simples, a ferramenta auxilia na tomada de decisão, pois possibilita o entendimento das causas e efeitos do problema em questão.

Problema Central

Causas diretas

Causas secundárias

investimentos e faliram após um boom inicial.

Indagado sobre o que faria se tivesse apenas uma hora para salvar o mundo, Albert Einstein respondeu: “Eu gastaria 55 minutos para definir o problema e 5 minutos para resolvê-lo”. No entanto, o processo de definição de um problema não é simples: ele requer uma cuidadosa exploração de informações sobre a situação. Uma análise detalhada permite perceber e entender os aspectos mais relevantes para a solução efetiva do problema. A situação deve ser examinada a partir de diferentes pontos de vista, colhendo informações, impressões, percepções e sentimentos. Desta maneira, é possível determinar quais dados são mais importantes para a compreender a situação e definir o problema da maneira correta. Muitas vezes, a percepção do verdadeiro problema vem de fontes inesperadas ou usualmente ignoradas.

No caso do Instagram, por exemplo, os empreendedores identificaram que o upload das fotos demorava muito, e que também não era possível compartilhar a foto com várias plataformas de uma só vez. A solução encontrada para resolver estes problemas foi implementar o início de upload durante a edição das fotos pelo usuário, e a possibilidade do próprio Instagram compartilhar a foto no Facebook, Twitter, etc. Porém, outra reclamação dos usuários era em relação à baixa qualidade das fotos tiradas com celulares, e nesse caso a solução mais adequada não foi exigir que os fabricantes aumentassem a qualidade das câmeras: ao definir melhor o problema, os empreendedores identificaram que a criação de filtros seria

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suficiente para responder às queixas dos usuários.

Uma ferramenta que pode ajudar a identificar e definir problemas é a Árvore de Problemas.

Bastante difundida no meio acadêmico, esta ferramenta pode também ser utilizada com finalidades empreendedoras, auxiliando na compreensão das causas e efeitos de um problema. Para construir a Árvore de Problemas, o primeiro passo consiste em identificar um problema central e então citar três possíveis causas que devem estar diretamente ligadas à raiz do problema. O ideal é ser direto e utilizar verbos. Após esta etapa, deve-se aprofundar mais na análise, identificando as causas secundárias e assim por diante. Finalmente deve-se preencher a árvore com os efeitos diretos e secundários que são gerados pelo problema central.

Sobre os autores e a Ideation

No Brasil, Alexandre cursa Engenharia Civil na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) e Danilo cursa Engenharia de Produção na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

A Ideation Brasil, organização nascida na Califórnia, tem como objetivo transformar a vida dos jovens brasileiros através de experiências ligadas ao empreendedorismo. ■ Acompanhe mais no site www.ideationbrasil.com.br e no Facebook fb.com/IdeationBrasil Fontes: »» Pesquisa empreendedorismo em universidades brasileiras, Endeavor Brasil (2012)

Como o estímulo

diário afeta o

aprendizado texto por Matheus Martins Vieira

O

desenvolvimento do cérebro até a adolescência, com todas suas alterações distintas ocasionadas por novas atividades diárias, já é conhecido entre os especialistas. Porém, o entendimento dos mecanismos celulares para obtenção dessas mudanças e a ocorrência de tais alterações em indivíduos adultos ainda é mistério para os cientistas. Pesquisas recentes demonstram que o cérebro continua a mudar durante a vida, formando conexões com algumas células e interrompendo conexões com outras. Assim, os cientistas começaram a desvendar os segredos da aprendizagem de acordo com os processos celulares que ocorrem durante o aprendizado. Eles descobriram que estas mudanças não se restringem às células nervosas, mas também acontecem em outras células do cérebro.

Estímulo nosso de cada dia

A partir da sexta semana do desenvolvimento embrionário, os tecidos que formarão o cérebro começam a se diferenciar em diversos compartimentos que exercerão diferentes funções. Por isso tecnologias como a Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET, em inglês), são usadas para a análise da relação entre certa atividade exercida e o respectivo compartimento do cérebro que recebe estímulo nervoso. Isso permite relacionar as áreas do cérebro envolvidas na realização determinadas tarefas, auxiliando no aperfeiçoamento de alguma função pontual.

Com auxílio desta tecnologia, os cientistas já acumularam diversos conhecimentos sobre o funcionamento do cérebro humano. Foi assim que Nathan Spreng, neurocientista na Universidade de Cornell em Ithaca, NY, junto com outros dois neurocientistas, analisou 38 estudos prévios e descobriu que as áreas do cérebro relacionadas com a atenção são estimuladas quando o indivíduo inicia um novo exercício.

Porém, segundo Spreng a área relacionada à atenção fica excitada por pouco tempo, pois outra região passa a ser estimulada quando determinada atividade

O que há em comum entre músicos e atletas? Inicialmente, a pergunta pode soar aleatória e desconexa. Porém, pense no que ambos fazem para exercer seu trabalho: treinos regulares e constantes, que permitem a obtenção de uma nova habilidade que pode se tornar cada vez melhor.

O mesmo ocorre quando falamos das habilidades em obter novas informações: o treino é fundamental para a eficácia da aprendizagem.

»» Errata: Esta notícia foi publicada em versão resumida na revista impressa e nós erramos ao não consultar o autor sobre as alterações feitas no texto. Esta versão online foi corrigida e aprovada pelo autor.

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torna-se frequente - aquela relacionada aos devaneios. É por isso que quanto mais você pratica uma atividade específica, menor será a exigência de concentração para a sua realização.

Durante a aprendizagem de algo novo os neurônios tornam-se mais conectados, o que faz com que informações sejam enviadas de forma cada vez mais rápida, exigindo menos esforço da células nervosas. À medida que as células do cérebro se tornam mais eficientes, elas tendem a gastar menos energia. Além disso, os neurônios começam a se conectar e estimular vários outros de uma só vez.

Aprender dormindo? Que sonho!

processo, mais eficazes. Portanto, durante o sono as células nervosas realizam sinalização reversa, preparando o cérebro para um bom funcionamento no dia seguinte.

Conectando-se mais rápido

Os neurônios são acompanhados pelas células glia no cérebro. Contudo, apesar de muitos pensarem que a glia exerce somente função de “cola”, mantendo os neurônios juntos, cientistas têm descoberto que essas células também são ativadas quando aprendemos algo. Fields descobriu que a quantidade de mielina revestindo os axônios aumenta durante a aprendizagem, através do engrossamento das bainhas, melhorando o processamento das novas tarefas aprendidas. A bainha de mielina é um conjunto de células glia presente no axônio dos neurônios, cujo objetivo é isolar o estímulo elétrico para impedir a transmissão inadequada do sinal às células vizinhas. É como o plástico que reveste um cabo de energia para impedir curto-circuitos. Apesar de tantas descobertas, o mistério sobre o que faz as células glia mudarem de concentração ainda é algo a ser descoberto.

Mas não pense que você aprenderá cálculo ou inglês enquanto dorme, pois embora nosso cérebro melhore as conexões entre os neurônios enquanto dormimos, somente treinos regulares e constantes farão com que essa conexões sejam reforçadas. O que também não é motivo para desânimo, pois quanto maior a prática de uma atividade específica, menor será a exigência de concentração para realizar esta tarefa.

Ao invés de dormir juntamente conosco, o cérebro aumenta drasticamente sua capacidade de aprendizagem enquanto descansamos. Isso porque, enquanto dormimos, o cérebro armazena e processa todas as informações obtidas durante o dia.

Portanto, uma noite mal dormida pode interferir na nossa capacidade de lembrar e “salvar” informações recentes.

Dois neurocientistas do Instituto Nacional de Saúde da Criança e Desenvolvimento Humano de Bethesda, EUA, Doug Fields e Olena Bukalo, descobriram que células específicas no hipocampo, a região do cérebro envolvida no armazenamento de memórias, disparam enquanto camundongos dormem. No entanto, o disparo acontece aproximadamente no meio do axônio, com os sinais elétricos seguindo em direção ao corpo celular.

Quando os camundongos estão acordados o disparo normalmente ocorre na direção inversa: a partir do corpo celular.

Fonte: Este processo inverso impulsiona a aprendizagem, pois ele fortalece as conexões entre as »» Learning rewires the brain, Alison Pearce Stevens, Science células. Porém, para fortalecer as conexões, primei- News for Students (2014) Matheus Martins Vieira é Acadêmico ramente a sinalização reversa mantém as células nervosas menos sensitivas. Os neurônios estimu- de Medicina da Universidade Federal lados por sinalização normal tornam-se, após esse do Amazonas (UFAM).

Patrocínio: Edição 08 | outubro de 2014

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