Quer saber se a Golden Gate Bridge está aguentando bem? Poderia haver um aplicativo para isso.

Um novo estudo envolvendo pesquisadores do MIT mostra que telefones celulares colocados em veículos, equipados com software especial, podem coletar dados úteis de integridade estrutural ao atravessar pontes. Ao fazer isso, eles podem se tornar uma alternativa menos dispendiosa aos conjuntos de sensores conectados às próprias pontes.

“A principal descoberta é que as informações sobre a saúde estrutural das pontes podem ser extraídas de dados de acelerômetros coletados por smartphones”, diz Carlo Ratti, diretor do MIT Sensable City Laboratory e coautor de um novo artigo resumindo as descobertas do estudo.

A pesquisa foi realizada, em parte, na própria Golden Gate Bridge. O estudo mostrou que os dispositivos móveis podem capturar o mesmo tipo de informação sobre as vibrações da ponte que os sensores estacionários compilam. Os pesquisadores também estimam que, dependendo da idade de uma ponte rodoviária, o monitoramento de dispositivos móveis pode adicionar de 15% a 30% mais anos à vida útil da estrutura.

“Esses resultados sugerem que conjuntos de dados massivos e baratos coletados por smartphones podem desempenhar um papel importante no monitoramento da saúde da infraestrutura de transporte existente”, escrevem os autores em seu novo artigo.

O estudo, “Crowdsourcing Bridge Vital Signs with Smartphone Vehicle Trips”, está sendo publicado na Communications Engineering .

Os autores são Thomas J. Matarazzo, professor assistente de engenharia civil e mecânica da Academia Militar dos Estados Unidos em West Point; Daniel Kondor, pós-doc no Complexity Science Hub em Viena; Sebastiano Milardo, pesquisador do Senseable City Lab; Soheil S. Eshkevari, pesquisador sênior do DiDi Labs e ex-membro do Senseable City Lab; Paolo Santi, principal pesquisador do Senseable City Lab e diretor de pesquisa do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália; Shamim N. Pakzad, professor e presidente do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Lehigh University; Markus J. Buehler, Professor Jerry McAfee em Engenharia e professor de engenharia civil e ambiental e de engenharia mecânica no MIT; e Ratti,

As pontes vibram naturalmente e, para estudar as “frequências modais” essenciais dessas vibrações em muitas direções, os engenheiros normalmente colocam sensores, como acelerômetros, nas próprias pontes. Mudanças nas frequências modais ao longo do tempo podem indicar mudanças na integridade estrutural de uma ponte.

Para conduzir o estudo, os pesquisadores desenvolveram um aplicativo de celular baseado em Android para coletar dados do acelerômetro quando os dispositivos eram colocados em veículos que passavam pela ponte. Eles puderam então ver quão bem esses dados combinavam com o registro de dados por sensores nas próprias pontes, para ver se o método do telefone celular funcionava.

“Em nosso trabalho, projetamos uma metodologia para extrair frequências modais de vibração de dados ruidosos coletados de smartphones”, diz Santi. “À medida que os dados de várias viagens sobre uma ponte são registrados, o ruído gerado pelo motor, suspensão e vibrações do tráfego, [e] asfalto, tendem a se cancelar, enquanto as frequências dominantes subjacentes emergem.”

No caso da Golden Gate Bridge, os pesquisadores atravessaram a ponte 102 vezes com seus dispositivos funcionando, e a equipe usou 72 viagens de motoristas Uber com telefones ativados também. A equipe então comparou os dados resultantes com os de um grupo de 240 sensores que foram colocados na ponte Golden Gate por três meses.

O resultado foi que os dados dos telefones convergiram com os dos sensores da ponte; para 10 tipos específicos de vibrações de baixa frequência que os engenheiros medem na ponte, houve uma correspondência próxima e, em cinco casos, não houve discrepância entre os métodos.

“Conseguimos mostrar que muitas dessas frequências correspondem com muita precisão às frequências modais proeminentes da ponte”, diz Santi.  

No entanto, apenas 1% de todas as pontes nos EUA são pontes suspensas. Cerca de 41 por cento são pontes de concreto muito menores. Assim, os pesquisadores também examinaram o quão bem seu método se sairia nesse cenário.

Para isso, eles estudaram uma ponte em Ciampino, na Itália, comparando 280 viagens de veículos pela ponte com seis sensores que foram colocados na ponte por sete meses. Aqui, os pesquisadores também foram encorajados pelas descobertas, embora tenham encontrado uma divergência de até 2,3% entre os métodos para certas frequências modais em todas as 280 viagens e uma divergência de 5,5% em uma amostra menor. Isso sugere que um volume maior de viagens poderia gerar dados mais úteis.

“Nossos resultados iniciais sugerem que apenas uma quantidade modesta de viagens ao longo de algumas semanas é suficiente para obter informações úteis sobre as frequências modais da ponte”, diz Santi.

Olhando para o método como um todo, Buehler observa: “Assinaturas vibracionais estão surgindo como uma ferramenta poderosa para avaliar as propriedades de sistemas grandes e complexos, desde propriedades virais de patógenos até integridade estrutural de pontes, conforme mostrado neste estudo. É um sinal universal encontrado amplamente no ambiente natural e construído que estamos começando a explorar como uma ferramenta de diagnóstico e geração em engenharia”.

Como Ratti reconhece, existem maneiras de refinar e expandir a pesquisa, incluindo a contabilização dos efeitos da montagem do smartphone no veículo, a influência do tipo de veículo nos dados e muito mais.

“Ainda temos trabalho a fazer, mas acreditamos que nossa abordagem pode ser ampliada facilmente – até o nível de um país inteiro”, diz Ratti. “Pode não atingir a precisão que se pode obter usando sensores fixos instalados em uma ponte, mas pode se tornar um sistema de alerta precoce muito interessante. Pequenas anomalias podem sugerir quando realizar mais análises.”

Os pesquisadores receberam apoio da Anas SpA, Allianz, Brose, Cisco, Dover Corporation, Ford, Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions, Fraunhofer Institute, o antigo Kuwait-MIT Center for Natural Resources and the Environment, Lab Campus, RATP, Singapura –MIT Alliance for Research and Technology (SMART), SNCF Gares & Connexions, UBER e o Programa de Modernização de Computação de Alto Desempenho do Departamento de Defesa dos EUA.