Estudo aplica métodos de controle de caos em sistemas mecânicos

Assim como o organismo dos seres humanos, os sistemas elétricos e mecânicos também estão sujeitos a variações, que podem resultar em um funcionamento instável e caótico. Para entender melhor esse fenômeno, Aline Souza de Paula desenvolveu a tese Controle de caos em sistemas mecânicos, defendida no Programa de Engenharia Mecânica da Coppe/UFRJ. O trabalho deu a Aline o Prêmio Capes 2011 na área Engenharias III, um dos três conquistados pela Coppe na edição deste ano da premiação.

As estratégias de controle de caos são usadas para estabilizar o funcionamento de sistemas em comportamentos instáveis utilizando pouca energia. Um dos casos estudados na tese de Aline, orientada pelo professor Marcelo Amorim Savi, foi motivado pela ideia de colheita de energia a partir das ondas do mar, onde o controle do caos foi aplicado para manter um sistema pendular girando de forma regular.

Os resultados da tese podem ser aplicados em vários setores: na área de robótica, contribuindo para que os robôs sejam mais ágeis e consumam menos energia; na estabilização de estruturas; nos estudos de estabilidade dos veículos nas indústrias automobilística e aeroespacial. Os estudos de controle de caos também estão presentes na área de saúde, como nos marca-passos cardíacos.

Outras aplicações certamente ainda serão descobertas nesse campo de pesquisa, que é relativamente novo. Os primeiros trabalhos na área de controle de caos foram publicados em 1990, há 22 anos. “Com certeza, o controle de caos em sistemas mecânicos é um campo do conhecimento que ainda tem muito a crescer e contribuir”, antecipa Aline.

Método também é usado em materiais inteligentes

Além da colheita de energia, o controle de caos também está sendo estudado em materiais inteligentes, como os utilizados em arcos ortodônticos. Esses materiais englobam diversas ligas que possuem um acoplamento entre campos mecânicos e não mecânicos. Um exemplo disso são as ligas com memória de forma, que, por ação térmica ou mecânica, são capazes de voltar a uma forma previamente assumida.

A ideia da tese de Aline surgiu quando ela ainda cursava o mestrado no Programa de Engenharia Mecânica da Coppe. Na época, sua dissertação, também orientada por Marcelo Savi, já tratava de controle de caos. O professor acompanha o trabalho de Aline desde 2004, quando ela ingressou na iniciação científica no curso de graduação em Engenharia Mecânica, na Escola Politécnica (Poli/UFRJ).

“Na tese, avaliei a capacidade de seis métodos de controle de caos em estabilizar órbitas periódicas instáveis de um sistema em regime caótico, visando a aplicações em sistemas mecânicos”, explica a carioca Aline de Paula, 29 anos, que concluiu o doutorado na Coppe em abril de 2010 e, há dois anos, é professora do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Brasília (UnB).

No trabalho desenvolvido por ela, os seis métodos avaliados foram aplicados a um pêndulo não linear com o objetivo de estabilizá-lo. O controle de caos foi aplicado para estabilizar o pêndulo em diferentes comportamentos na presença e na ausência de ruído. “O protótipo mecânico foi utilizado para reproduzir as características dos sistemas naturais”, explica o professor Marcelo Savi.

Trabalho abriu nova frente de estudos

Durante seu doutorado, Aline passou dois meses na Universidade de Aberdeen, na Escócia, com a qual a Coppe mantém uma forte cooperação. Atualmente, dois alunos da instituição europeia estão desenvolvendo projetos na área de controle de caos. O tema também tem sido objeto de estudo do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Estruturas Inteligentes em Engenharia, uma rede criada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), que reúne 15 unidades de pesquisa do Brasil e do exterior, entre elas a Coppe e a universidade escocesa.

Para Marcelo Savi, o trabalho desenvolvido por Aline trouxe uma série de contribuições. “Um dos méritos da tese foi ter aberto uma nova frente para o controle de caos, que foi a sua aplicação em sistemas mecânicos. O controle de caos é aplicado mais facilmente em circuitos eletrônicos do que em sistemas mecânicos”, destaca o orientador de Aline. “A tese também propôs novas técnicas de controle de caos, fez um estudo comparativo entre os métodos existentes e aplicou o método em uma situação real”, explica Marcelo Savi.

Ao longo da elaboração da tese, surgiu uma pergunta: seria possível aplicar o controle de caos em sistemas não caóticos? O desenvolvimento do trabalho provou que sim. Ele pode ser utilizado no controle das chamadas bifurcações, ou seja, nas possíveis mudanças qualitativas do comportamento de sistemas dinâmicos.

Nos últimos anos, Aline de Paula vem se dedicando a pesquisas em engenharia mecânica, com ênfase em dinâmica e vibrações. Entre os seus temas de atuação estão: vibrações, dinâmica não linear, comportamento caótico, controle de caos e estruturas inteligentes. A professora, que continua voltada ao tema da tese, agora pretende dar um foco mais experimental a seus trabalhos em mecânica.