Lives de Ciência

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sábado, 5 de julho de 2014

Qual foi a carga sobre as costas de Neymar Jr.?


Em função de uma fratura no processo transverso da terceira vértebra lombar (Fig. 1) após uma trombada por trás com um jogador colombiano, o atacante Neymar Jr. não poderá participar das duas últimas partidas da seleção brasileira na Copa 2014.

Figura 1. Painel superior: Vértebras lombares (vermelho). Painel inferior: detalhes anatômicos de uma vértebra lombar - o processo espinhoso (spinous process) é o que sentimos quando passamos os dedos sobre as saliências no meio das costas; a esses processos ligam-se músculos e tendões que erguem a coluna vertebral em posição ereta e a rotaciona. Fonte: Wikimedia Commons.

A trombada foi feita feia. Mas qual foi a força exercida para fraturar a porção da vértebra?

Podemos obter (de modo beeem grosseiro) alguns parâmetros cinemáticos e dinâmicos a partir da análise do vídeo. Na Fig. 2 temos três frames da cena do impacto.

Figura 2. Detalhes do impacto sobre Neymar Jr. no jogo Brasil x Colômbia em partida válida pelas quartas de final da Copa do Mundo Fifa 2014. Segmento azul maior: 1,72m. Copirráite das imagens originais: Fifa.

A velocidade desempenhada pelo jogador colombiano foi de cerca de 2,7 m/s (deslocando-se o correspondente a cerca de 1/4 de sua altura - 1,72 m - em ~0,15 s). Sua massa é de 72 kg. O tempo de contato do joelho foi de cerca de 0,1 s. Correspondendo a um impacto com força média de 1.935 N ou 197 kgf (isto é, a força do peso de um corpo de 197 kg).

A força de ruptura média do processo transverso é de 479 ± 235 N.*

Se considerarmos uma área de contato circular de 5 cm de diâmetro e um processo transverso de dimensões de 2,5 cm x 2 cm, teríamos uma força média de 493 N aplicada sobre essa parte da vértebra.

Mesmo descontando os casos de entradas propositais, impactos acidentais podem ocorrer no decorrer das partidas. Seria o caso de se usar joelheiras (ou protetor lombar) como equipamentos obrigatórios?

*Upideite(05/jul/2014): Pelo twitter, @Karl_MD, alerta que esse valor corresponde à vértebra testada sem músculo e sem ligamentos; quando devidamente montada em nosso corpo, a resistência é bem maior. Devemos ter em mente que no cálculo do impacto, a resultante é a força média - o valor da força do pico inicial deve ser bem mais alto também.

segunda-feira, 16 de junho de 2014

O criptoesqueleto da Copa: não é só pelos 3 segundos #robocopa

Já disse antes, sou admirador confesso do trabalho de Miguel Nicolelis - mesmo ele tendo me bloqueado no twitter. Então sou suspeito para falar sobre o exoesqueleto (quase não) apresentado na abertura da Copa 2014 (veja os detalhes nos textos listados abaixo), de todo modo, há algumas críticas que avalio como exageradas ao projeto WalkAgain.

Precisamos ter em mente que os 33 x 10^6 BRL investidos pela Finep no projeto *não* foram só para essa apresentação. A pesquisa segue, o desenvolvimento do BRA-Santos Dumont 1 (e 2, e 3, e 4...) também. Para equipamentos de uso corrente, o prazo estimado por Nicolelis é de 10 anos,

Há, claro, desvios do que foi anunciado inicialmente: a) o sinal usado foi de EEG, não de sinais de implantes cerebrais de microeletrodos; b) o paciente é um adulto, não um adolescente; c) não houve caminhada (embora, segundo o diretor da Finep a coba... o paciente tenha andado); d) não foi um chute no meio do campo logo antes da partida; e) o rapaz não tirou um boné do bicampeão brasileiro da Série B para colocá-lo na cabeça.

Mas isso ocorre rotineiramente em qualquer projeto de P&D. Sempre há problemas não previstos, há a necessidade de se adaptar às circunstâncias que surgem. (A questão de uso de implante cerebral e, especialmente, de um menor de idade sempre foram motivos de ceticismo para mim - duvidava que o comitê de ética permitisse isso em uma fase tão inicial do projeto, ainda mais em demonstração pública, não sei se Nicolelis chegou a apresentar o projeto nesses moldes para o comitê - em entrevista ao SciAm, ele afirmou que o uso de implantes de microeletrodos em humanos ainda demanda pesquisa. Embora, pela inteligência do bom doutor, eu tenha certeza de que o item 'e' foi deixado de lado após uma boa reflexão. Houvera tempo para uma reflexão mais profunda, chegariam à conclusão de que o boné a ser usado seria o do dono do estádio. ) O prazo anunciado por Nicolelis foi desafiador. Propositadamente.

Foi a partir de meados de 2009 que o neurocientista passou a cogitar a fazer a apresentação pública. O financiamento da Finep saiu em janeiro de 2013 (não é a única fonte de verbas do projeto, mas certamente é uma das mais substanciais). Em fins do ano passado, o exoesqueleto começou a ser testado em humanos.

Em um ano e meio, o projeto produziu um aparato mecânico que permite uma pessoa paraplégica caminhar comandando os movimentos por meio de sinais de seu cérebro (captados por uma toca com sensores e processados por um computador) e receber de volta sinais de sensores no aparato. "Realmente naquele momento eu voltei a ter a sensação de andar novamente", disse o voluntário Juliano Alves Pinto (escolhido apenas horas antes da cerimônia de abertura, entre os pré-selecionados que haviam testado o protótipo em laboratório), que pilotou o exoesqueleto BRA-Santos Dumont 1 para uma entrevista à Folha de São Paulo. É mesmo pouco isso?

O objetivo era mostrar o feito para o mundo. Escondido na lateral do campo, longe da apresentação no meio do gramado, e passando só de relance - menos de 3 segundos de tela - foi frustrante. Mas mesmo assim o noticiário internacional registrou e destacou o chute dado com o exoesqueleto.

BBC: Paraplegic in robotic suit kicks off World Cup
Bloomberg: Formidable Brain Makes First Kick of World Cup
CBC: Mind-controlled exoskeleton kicks off World Cup
CBS: World Cup 2014: First kick made by mind-controlled exoskeleton
Clarín: Un puntapié muy especial
CNN: Mind-controlled exoskeleton kicks off World Cup
Die Welt: Mit "Iron Man" sollen Gelähmte wieder gehen
El Comercio: Parapléjico dio play de honor en inauguración de Brasil 2014
El Observador: Brasil 2014: una cerimonia inaugural con críticas y sin exoesqueleto
El Mercurio: Ausencia de exoesqueleto marca largada del Mundial e indigna a los televidentes
El Nacional: El exoesqueleto: autogol de la neurociencia
Het Belang Van Limburg: Verlamde jongen kleurt voetbalfeest
Materia: El exoesqueleto de Brasil,¿un timo?
NBC: 'We Did It!' Brain-Controlled 'Iron Man' Suit Kicks Off World Cup
          Paraplegic to Kick Off Soccer World Cup After Medical Miracle
Neue Zürcher Zeitung: Wissenschaft an der WM: kick-off eines Gelähmten
Repubblica: Brasile 2014, il tiro di un paraplegico inaugura i Mondiali
Univisión: El momento más esperado de la inauguración del Mundial dejó a todos con las ganas
Vozpópuli: La verdad sobre el exoesqueleto del Mundial de Brasil 2014: más espectáculo que ciencia

The Scientist: Paralyzed Man Kicks Off World Cup

KSJ Tracker: Decepcionante saque inaugural por parapléjico em Mundial
La Razón: Mundial Brasil 2014: dos segundos de exoesqueleto
NIH Director's Blog: Neuroscience Research Kicks Off World Cup
Scope (Stanford Medicine): World Cup debut of robotic exoskeleton grounded in more than two decades of scientific research

O tom pessimista é marcado na imprensa nacional e na hispanofônica (seria por influência da imprensa brasileira?), já a anglogermanófona (em especial a americana) é francamente otimista (e tendendo ao ufanismo). Nem sempre a verdade está no meio, mas a minha avaliação do projeto até aqui, neste caso, é intermediária, tendendo ao otimismo, mas sem vê-lo como "milagre", "formidável". É um avanço no aspecto de incluir o feedback sensório. Mas mesmo sem isso já é um pequeno feito de engenharia pelo tempo - 16 meses - e mesmo que não acrescentasse em nada, haver projetos paralelos tem seu valor: se houver patentes, a concorrência tende a evitar que os preços finais sejam exorbitantemente caros; não havendo, projetos concorrentes chegarão a soluções diferentes para o mesmo problema geral, elas poderão ser mescladas para uma solução superior, ou elas pode ser melhores para casos específicos.

Como disse antes, o projeto segue. Foi só um marco - importante - no cronograma. Os próximos passos (com e sem trocadilho) devem incluir a incorporação dos implantes cerebrais (que permitem uma coleção de sinais mais ricos, essencial para um controle mais fino e variado do equipamento), redução do tamanho, aumento da autonomia da bateria...

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Em uma observação secundária, uma das polêmicas em torno da apresentação é sobre a razão dada pela Fifa para que o exoesqueleto ficasse de fora dos gramados: o peso. Algumas críticas a respeito compararam a massa total do paciente+aparelho (~70+~70 ~ 140 kg) com o da bola digital/palco+cantores (provavelmente entre várias centenas de quilogramas a algumas toneladas). Não devemos comparar apenas as massas, mas, sim, a pressão sobre o gramado. Se o exoesqueleto seguramente tem um peso muito menor do que a bola palco, certamente sua base de apoio também é muito menor. Seria o suficiente para exercer uma pressão que pudesse danificar o gramado? Muito provavelmente não. Mesmo desconsiderando-se a lona estendida durante a apresentação de abertura, usada justamente para proteger o gramado. Durante as partidas, é frequente que um jogador suba apoiando-se no ombro de outro. Isso gera pressões sobre o gramado muito mais elevadas do que as que seriam geradas pelo exoesqueleto. Claro, isso gera algum dano ao gramado, mas nada terrivelmente catastrófico. Corridas, saltos e pousos durante o jogo também produzem pressões mais elevadas, com danos relativamente pequenos ao gramado.
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Considerar que os 33 mi BRL serviram só pra comprar 3 segundos de tela é tão correto quanto dizer que os 150 bi USD da ISS foram usados para produzir o video clipe mais caro da história.
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Biorritmo - E a ciência passou em branco...
Ciência na Mídia - A polêmica saga do exoesqueleto que apareceu invisível
Contraditorium - Exoesqueleto da Copa - Brasileiro sendo viralata até o osso
Devaneios Biológicos - Copa do Mundo com golaço da ciência (postagem de antes da abertura)
Geek Café - Copa do Mundo e o marco científico de Nicolelis que o Brasil não viu
Herton Escobar - Exoesqueleto toca bola na abertura da Copa
                           Andar de Novo: O que a TV não mostrou
Meio Bit (Carlos Cardoso) - Globo e FIFA dão rasteira em paraplégico
Meio Bit (Caio Gomes) - Robocopa: incrível? Sim. Polêmico? Também.
Papo de Homem - O que o exoesqueleto do Nicolelis diz sobre ele e nós mesmos
Pirulla (videoblog) - Keep walking, Nicolelis
Teoria de Tudo - O espetáculo da ciência
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quinta-feira, 8 de julho de 2010

O polvo sabe...

Está causando sensação o polvo Paul do Aquário Sea Life, em Oberhausen, na Alemanha. Ele teria "predito" os resultados dos jogos da Alemanha na Copa 2010 e acertado todos (seis jogos) até aqui. Além de ter acertado quatro em seis nas partidas da Euro Copa 2008.

Seria uma interessante taxa de acerto de 83,33%. Compare-se com a taxa de 60% de acerto dos resultados da Copa 2010 entre jornalistas esportivos e de 40% de acerto por algoritmos estatísticos (aqui).

Cefalópodos são mesmo animais muito interesantes (veja outros aqui). São também bastante inteligentes. Certamente, não têm, no entanto, capacidade de predição - não por outra coisa, alheio que são à questão do futebol.

As chances de se acertar por acaso são de ou 33,33% (se considerarmos empate) ou de 50% (se considerar a classificação em jogo de mata-mata). Paul "previu" mais ou menos metade dos jogos em fase de grupos e metade em fase eliminatória - uma chance ao acaso composta de 41,67% mais ou menos. Em 12 jogos, seria de se esperar que, ao acaso, acertasse 5 e não 10. Uma chance de 0,3% desse desvio ser explicado pelo acaso (p ~ 0,0034). (Basta usar um teste bem simples chamado qui-quadrado para se obter esses valores de probabilidade.)

Vidência? Claro que não.

Paul "prevê" somente jogos da Alemanha (a exceção ficará - por conta do sucesso - para o jogo final da Copa 2010, entre Espanha e Países Baixos). O processo é simples: colocam-se mariscos dentro de duas caixas - cada caixa tem a bandeira de um dos dois países cujas seleções se enfrentarão - a caixa que Paul abrir é considerada a da predição para o vitorioso. Quase sempre Paul escolhe a caixa da seleção alemã - exceção foi exceções foram para o jogo da Copa 2010 entre Alemanha e Espanha, e entre Alemanha e Sérvia em que escolheu a caixa da Espanha e da Sérvia* e "acertou"***.

Há vários truques possíveis. O fato de escolher quase sempre a Alemanha pode ser um indicativo de que Paul foi treinado ou aprendeu a dar preferência para a caixa com a bandeira germânica: polvos têm ótima visão.

Considere o desempenho da seleção alemã em Copas do Mundo: 55 vitórias em 92 jogos; na Euro Copa: 19 em 38. Um desempenho composto de 56,9% de vitórias. Com essa probabilidade, o esperado seria de 6,8 vitórias em 12 partidas. Então, o esperado seria que Paul acertasse cerca de 7 vezes em 12. A probabilidade de, por acaso, acertar 10 em 12 é de 6,5% - se aplicarmos o corte tradicional de 5% como limite para aceitar a hipótese do acaso, então não rejeitamos a hipótese de que Paul acertou por pura sorte**,****. E jornalistas esportivos não precisam ficar tão preocupados em perder emprego para alguém mais simpático. (E nem precisam esperar para que os torcedores alemães desapontados com a eliminação da Alemanha - como "predito" pelo cefalópodo - diante da Espanha consigam o intento de transformá-lo em uma iguaria. Sério, polvos são animais inteligentes, não deveriam ser devorados - por mais deliciosos que sejam.)

Bom notar que estou aqui especulando que Paul foi treinado ou aprendeu a escolher quase sempre a caixa com a bandeira da Alemanha.

*Upideite(08/jul/2010): Fernando Kendi me corrige nos comentários, de fato, Paul escolheu a caixa da Sérvia também contra a Alemanha na Copa 2010 - jogo em que o time sérvio saiu vencedor.
**Upideite(08/jul/2010): Mais precisamente, seriam esperados (0,569*10 + 0,431*2) = 6,55 acertos em 12. Nesse caso, a probabilidade cai para 0,046 (=4,6%) para que o desvio seja totalmente ao acaso. Como o valor de 5% é um tanto quanto arbitrário e a proporção de vitórias é uma estimativa um tanto grosseira, parece-me ainda um número suficientemente próximo para merecer rejeição. Mas os fãs do Paul (tal qual eu) poderão ter um restinho de esperança. Recalculemos após os jogos finais.****
***Upideite(09/jul/2010): Talvez não seja uma coincidência que Paul tenha escolhido outra bandeira no caso dos jogos contra a Sérvia e contra a Espanha, as bandeiras dos dois países, como da Alemanha, são compostas por três faixas horizontais. No jogo da final entre Espanha e Países Baixos, ele escolheu Espanha, e na disputa pelo terceiro lugar, entre Uruguai e Alemanha, escolheu, novamente, a Alemanha. Octopus vulgaris não possuem visão colorida aparentemente.

Upideite(09/jul/2010): Fazendo um acochambramento estatístico de que Paul escolheria ao acaso entre Espanha e Países Baixos, as probabilidades de todos os acertos serem ao acaso será aproximadamente de: 1,9% se acertar os dois jogos, de 7% se acertar apenas um (varia se ele acertar um ou outro jogo, mas consideremos aqui que a diferença não será grande), de 20,2% se ele errar os dois jogos. (Não considere esses números a ferro e a fogo, houve diversas suposições - que considero razoáveis, mas não garantidas.)

****Upideite(11/jul/2010): Não está correta também a minha análise que considera a *totalidade* da série de Paul. Isso porque Paul chamou a atenção justamente por ter acertado vários jogos na Euro Copa 2008. Os dados anteriores não devem ser considerados. Por quê? Certamente há várias tentativas de adivinhar os resultados, muitos que começam como brincadeira - incluindo as que se utilizam de animais (o jogo do realejo com aves tirando cartões com prognósticos é muito conhecido). Considerando-se unicamente o acaso, é de se esperar que 5% de todas essas tentativas acertem em um nível acima do que é estatisticamente significativo (considerando-se o corte tradicional de 5%). São justamente esses, que puro acaso acertam mais, chamam a atenção. Analisá-los levando em conta os resultados anteriores seria justamente usar os mesmos indícios que levaram à hipótese de que ele tenha algo de especial para testar se ele tem algo de especial. Recai em uma circularidade - ainda que parcial. Considerando-se apenas os resultados da Copa 2010 até aqui - incluindo o jogo do terceiro lugar, p = 3,7%. Se a seleção da Espanha ganhar - a final está sendo disputada agora - p = 2,2%. Se os jogadores dos Países Baixos vencerem - p = 11,0%.

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