Escaneamento a laser pode risco de queda de árvores urbanas

Karina Ninni | Agência FAPESP – Um grupo de biólogos e engenheiros da Universidade de São Paulo (USP) aplicou pela primeira vez a ferramenta LiDAR (Light Detection and Ranging) para investigar a saúde de árvores urbanas e adequar a poda – visando reduzir o risco de queda. Essa tecnologia de sensoriamento a laser cria uma "nuvem de pontos", uma espécie de molde digital 3D formado por milhões de coordenadas, que reproduz a arquitetura exata da planta dentro do computador.

Com essa réplica virtual, os pesquisadores aplicaram um algoritmo de poda baseado em "otimização topológica". A técnica simula a força dos ventos no modelo para identificar as regiões de maior fragilidade (complacência) mecânica da planta. Assim, o sistema calcula exatamente quais galhos devem ser cortados para que a árvore redistribua suas tensões e fique mais forte e equilibrada. O objetivo final do grupo é usar a técnica LiDAR e outras disponíveis para criar um aplicativo que oriente a poda, tornando as árvores mais resistentes aos ventos e evitando riscos de quedas.

O problema é bem conhecido. Em dezembro de 2025, ventos de mais de 90 quilômetros por hora (km/h) varreram a capital paulista e arredores. Resultado: 1.327 registros de chamados para quedas de árvores na Região Metropolitana de São Paulo – incluindo ocorrências com vítimas de ferimentos. Mais de 2 milhões de moradores da grande São Paulo ficaram sem energia na ocasião. Na tarde de ontem (29/07), a Grande São Paulo foi novamente atingida por fortes rajadas de vento. Até o fechamento desta edição, o Corpo de Bombeiros havia registrado mais de 30 chamadas para quedas de árvores.

“Podas mal calculadas deixam as árvores vulneráveis ao vento que, em altas velocidades, pode causar o arrancamento ou a quebra de troncos e galhos, principalmente em árvores isoladas. O problema é potencializado pelos túneis de vento, os chamados cânions urbanos. Rajadas de vento, chuva e alta temperatura durante a estação chuvosa aumentam o risco de queda, especialmente em árvores mal manejadas ou doentes”, resume Marcos Silveira Buckeridge, coordenador do Laboratório de Fisiologia Ecológica de Plantas (Lafieco), do Departamento de Botânica do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP), e coautor de um estudo sobre o tema, publicado em maio na revista Trees: Structure and Function.

O ponto de partida do trabalho foi uma conversa informal de Buckeridge com Emílio Carlos Nelli Silva, do Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos da Escola Politécnica (Poli) da USP. “Perguntei se seria possível modelar uma maneira melhor de podar, estudando o equilíbrio das árvores. Ele disse que poderíamos desenvolver um conjunto de equações para isso.” A dupla convidou ainda Marcelo Knörich Zuffo, do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Poli, que tem muita experiência com a tecnologia LiDAR.

O trabalho foi apoiado pela FAPESP por meio de uma Bolsa de Iniciação Científica concedida ao primeiro autor do artigo, Luís Otávio Trotti Martins Guedes de Souza, orientado por Nelli Silva na Poli.

Metodologia

Os pesquisadores fizeram um escaneamento em volta de uma tipuana (Tipuana tipu) situada no campus Butantã da USP. Trata-se de uma árvore muito usada em arborização urbana. “O scanner é montado em um tripé próximo à base da árvore, que deve estar bem iluminada. As condições climáticas devem estar favoráveis. Após realizar a tarefa no primeiro ponto, é preciso mover o scanner para outra posição próxima à árvore, e prosseguir assim até garantir que perspectivas suficientes sejam capturadas para gerar uma nuvem de pontos completa do objeto”, explica Buckeridge.

Forma-se uma nuvem de 30 milhões de pontos que captura a forma da árvore. “A partir dela, o Luís Otávio começou a desenvolver as equações. As folhas foram tiradas das imagens 3D, ficando somente o tronco. Então, jogamos vento de diversas direções e observamos a sensibilidade da árvore.”

Essa exposição aos ventos é simulada com precisão no computador por meio de simulações de elementos finitos (FEM, na sigla em inglês), que ajuda a prever como as árvores respondem a estresses como vento e temperatura.

Os resultados permitem perceber que, quando se poda um galho gerando uma assimetria topológica, a árvore apresenta uma fragilidade maior ao ser exposta aos ventos. “Esse artigo é importante porque é uma prova de conceito. Com as equações matemáticas, demonstrando que é possível usar o LiDAR para tal fim”, diz Buckeridge. O biólogo afirma que a modelagem matemática se presta muito bem a ajudar a prever se uma árvore pode cair. “O problema é que, para fazer o escaneamento em uma única árvore, no nível de detalhamento que usamos neste paper, levamos 40 minutos.”

No caso, a árvore escaneada está justamente em um túnel de vento. Ela tem companheiras nas laterais, mas não tem atrás, nem na frente, e recebe o vento diretamente. “Descobrimos que ela é mais forte nos lados em que não tem contato com as companheiras. Um conjunto de árvores que se entrelaçam é mais resistente que uma única árvore, pois os galhos ajudam a dissipar o vento. Ainda não fizemos esses cálculos, de dissipação do vento pelas folhas, mas pretendemos fazer.”

O algoritmo de poda baseado em otimização topológica indica a remoção de material (por exemplo, galhos ou partes da árvore) com base na distribuição de tensões obtida por meio de FEM. A equipe busca reduzir as fragilidades estruturais garantindo que a remoção durante a poda não ultrapasse 20% da composição total da árvore. De acordo com Nelli Silva, a otimização topológica prioriza as regiões com maior flexibilidade mecânica, resultando em uma estrutura equilibrada e mais resistente. Ou seja: a poda calculada pelo algoritmo consegue melhorar a resposta da árvore ao vento; principalmente nos casos em que ela apresenta problemas que a desequilibraram, como queda de galhos ou doenças.

Segundo Buckeridge, a metodologia pode ser usada para angiospermas eudicotiledôneas (maior grupo de plantas com flores do planeta, abrangendo desde feijão, soja, laranja e morango, até roseiras, ipês e girassóis), que apresentam uma estrutura clássica de ramificações e galhos. “Não posso extrapolar esse método para palmeiras, por exemplo.” O autor ressalta, no entanto, que o trabalho humano na poda continua sendo essencial. “Não estamos falando sobre substituir seres humanos no trabalho de poda, mas sim, sobre prover uma ferramenta para facilitar esse trabalho e, ao mesmo tempo, tornar a árvore mais resiliente.”

Ele destaca a existência de um projeto já em andamento na prefeitura de São Paulo, que está utilizando a técnica para escanear todas as 650 mil árvores existentes nas ruas da cidade. “Talvez [em larga escala] não seja possível fazer com a precisão que fizemos neste estudo, onde foi avaliada apenas uma árvore”, pondera Buckeridge. Ainda assim, segundo o pesquisador, a estratégia permite estimar a saúde da planta.

Por enquanto, a técnica LiDAR está sendo usada apenas para monitorar e catalogar as árvores da capital e não para orientar a poda.

Raiz, movimento e água

O artigo não inclui dados sobre a raiz da árvore, mas cerca de 30% das quedas de árvores na cidade de São Paulo estão relacionadas à raiz. “É um ponto importante, que abordamos em um outro paper, já submetido. Nele, comparamos uma árvore no estacionamento, uma na calçada e uma no parque. Uma ex-aluna minha, Aline Cavalari, professora da Unifesp [Universidade Federal de São Paulo], está à frente desses estudos.”

Buckeridge esclarece que os dados sobre a raiz são obtidos por um georradar. “É uma espécie de rodinho que passamos em volta da árvore para conseguir ‘enxergar’ a raiz. Neste trabalho publicado na Trees incluímos um desvio no cálculo para compensar a ausência da raiz. Mas esse é um desafio: vamos ter de incluir a raiz.”

O biólogo diz que o ideal seria construir um aplicativo que levasse em conta a maioria dos fatores que colaboram para o risco de queda de uma árvore, como, por exemplo, a expansão e a contração da madeira de acordo com a temperatura. “Essa propriedade da madeira ainda não é levada em conta nos modelos. Mas, agora, compramos vários dendrômetros, equipamentos que medem a dilatação e contração, algo que também está relacionado com a presença de água, sendo um fator importante para o risco de queda. Quando chove a semana toda, o peso da árvore aumenta drasticamente e a probabilidade de queda também, mas ainda não conseguimos calcular isso. É possível inserir a água, o peso e tudo mais nas equações. Mas um processamento computacional disso tudo será algo pesado de fazer. É um problema que teremos de enfrentar.”

Outros usos para o LiDAR

Os cientistas têm feito diversos experimentos com as árvores do próprio campus da USP. As que já têm algum problema (são ocas por dentro ou têm raízes ou copa morrendo, por exemplo) são mais vulneráveis, e a equipe está tentando mapear essa vulnerabilidade. “Na rua dos bancos [Avenida Prof. Luciano Gualberto], estamos olhando árvore por árvore para ver seu estado de saúde e que perigo oferecem. Já fizemos a metade. E, agora, vamos usar o LiDAR para mapear esse inventário. Compramos um aparelho menor, com ventosas para grudar no carro. A 20 km/h é possível fazer o mapa de todas as árvores da rua. É possível saber se elas têm buraco no tronco, por exemplo. A precisão é centimétrica”, garante Buckeridge, que conta também com o auxílio do professor do Instituto de Matemática e Estatística (IME-USP) Roberto Hirata no trabalho de reconhecimento de imagem.

Outro experimento está sendo conduzido na rua da Raia da USP, onde a equipe, que conta com a pós-doutoranda Fernanda Mendes de Rezende e o aluno de iniciação científica Jonatas da Silveira, encontrou sibipirunas (Caesalpinia pluviosa) contaminadas com ganoderma (fungos que geralmente ocorrem na parte de baixo do tronco).

“Com a colaboração da empresa PD Instrumentos, usamos um penetrômetro para medir a resistência da madeira e saber se há cavidades no tronco, além de um aparelho de ultrassom para complementar os dados. Nesse caso, bate-se com um martelinho no tronco e o ultrassom capta o eco que volta”, diz Buckeridge.

Segundo ele, a equipe encontrou cinco árvores contaminadas com o fungo que têm cavidade no tronco, e cinco que não apresentam nenhum dos problemas. “O uso dessas duas técnicas em conjunto já fornece um resultado incrível. Agora, vamos usar o LiDAR para ver as diferenças entre elas e estudar a melhor maneira de cruzar os dados. Se examinarmos as copas com o LiDAR e encontrarmos evidências visíveis de saúde, ou não, das árvores, conseguiremos um protocolo de diagnóstico que inclui diversas possibilidades. Ou seja: estamos utilizando o LiDAR de várias formas.”

Marcadores universais

Há, ainda, pesquisadores trabalhando com a bioquímica das árvores em busca de marcadores que revelem suas suscetibilidades, como Bruno Viana Navarro. “Estamos começando a tirar amostras para analisar bioquimicamente as árvores, no sentido de descobrir marcadores universais de vulnerabilidade, ou seja, que possam ser usados para várias espécies. Acho possível achar marcadores universais, porque existe uma fisiologia básica que todas elas têm, até mesmo as palmeiras”, adianta Buckeridge.

De acordo com ele, é possível procurar respostas verificando o que está acontecendo com açúcares, álcoois, substâncias do metabolismo secundário ou talvez até expressões de genes, no caso de busca por marcadores genéticos.

O artigo Improving tree stability with optimized pruning: a comprehensive cycle method pode ser lido em: https://link.springer.com/article/10.1007/s00468-026-02744-z.