USP cria algoritmo de poda inteligente para evitar queda de árvores

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3 de agosto de 2026

USP cria algoritmo de poda inteligente para evitar queda de árvores — Ilustração: IA

Tecnologia LiDAR mapeia estrutura em 3D e calcula cortes ideais contra túneis de vento urbanos.

Um grupo de biólogos e engenheiros da Universidade de São Paulo (USP) aplicou pela primeira vez a tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging) para investigar a saúde de árvores urbanas e calcular a poda ideal, visando reduzir o risco de quedas. A técnica de sensoriamento a laser cria uma “nuvem de pontos” digital em 3D, formada por milhões de coordenadas que reproduzem a arquitetura exata da planta dentro do computador. Com essa réplica virtual, os pesquisadores desenvolveram um algoritmo de poda baseado em otimização topológica, que simula a força dos ventos para identificar as regiões de maior fragilidade mecânica e calcular exatamente quais galhos devem ser cortados.

O problema das quedas de árvores é recorrente na Grande São Paulo. Em dezembro de 2025, ventos de mais de 90 km/h causaram 1.327 chamados para quedas de árvores na Região Metropolitana, incluindo ocorrências com vítimas de ferimentos. Mais de 2 milhões de moradores ficaram sem energia. Na tarde de 29 de julho de 2026, a região foi novamente atingida por fortes rajadas, com mais de 30 chamadas registradas pelo Corpo de Bombeiros até o fechamento da informação.

Como funciona a tecnologia LiDAR aplicada às árvores

O scanner LiDAR é montado em um tripé próximo à base da árvore, que deve estar bem iluminada e sob condições climáticas favoráveis. Após o escaneamento do primeiro ponto, o equipamento é movido para outras posições até capturar perspectivas suficientes para gerar uma nuvem de pontos completa do objeto. No caso do estudo, foram gerados 30 milhões de pontos capturando a forma de uma tipuana (Tipuana tipu) situada no campus Butantã da USP.

“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”, explica Marcos Silveira Buckeridge, coordenador do Laboratório de Fisiologia Ecológica de Plantas (Lafieco) do Instituto de Biociências da USP e coautor do estudo publicado em maio na revista Trees: Structure and Function.

A partir da nuvem de pontos, as folhas são removidas digitalmente e o modelo fica apenas com o tronco. Então, ventos de diversas direções são simulados no computador por meio de análise de elementos finitos (FEM), que ajuda a prever como as árvores respondem a estresses como vento e temperatura. Essa exposição virtual permite perceber que, quando se poda um galho gerando assimetria topológica, a árvore apresenta fragilidade maior ao ser exposta aos ventos.

Algoritmo calcula poda ideal sem ultrapassar 20% da copa

O algoritmo de poda baseado em otimização topológica indica a remoção de material 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. Segundo Emílio Carlos Nelli Silva, do Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos da Escola Politécnica da USP, a otimização topológica prioriza as regiões com maior flexibilidade mecânica, resultando em uma estrutura equilibrada e mais resistente.

A poda calculada pelo algoritmo melhora a resposta da árvore ao vento, principalmente nos casos em que ela apresenta problemas que a desequilibraram, como queda de galhos ou doenças. A metodologia pode ser usada para angiospermas eudicotiledôneas, o maior grupo de plantas com flores do planeta, que apresentam estrutura clássica de ramificações e galhos. Não se aplica, no entanto, a palmeiras.

O trabalho foi apoiado pela FAPESP por meio de Bolsa de Iniciação Científica concedida ao primeiro autor do artigo, Luís Otávio Trotti Martins Guedes de Souza, orientado por Nelli Silva na Poli. A equipe também contou com a participação de Marcelo Knörich Zuffo, do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Poli, que tem experiência com a tecnologia LiDAR.

Entenda o caso

O ponto de partida do trabalho foi uma conversa informal de Buckeridge com Nelli Silva. “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”, conta o biólogo. O resultado é uma prova de conceito que demonstra ser possível usar o LiDAR com precisão para tal fim, ainda que o processo seja demorado: o escaneamento de uma única árvore no nível de detalhamento usado no paper leva 40 minutos.

Desafios: raiz, água e movimento da madeira

O artigo publicado não inclui dados sobre a raiz da árvore, mas cerca de 30% das quedas de árvores na cidade de São Paulo estão relacionadas a problemas nessa parte da planta. Buckeridge explica que dados sobre a raiz são obtidos por um georradar, uma espécie de rodinho que é passado em volta da árvore para “enxergar” a estrutura subterrânea. Esse tema será abordado em outro paper já submetido, com a participação da professora Aline Cavalari, da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp).

Outro fator ainda não contemplado nos modelos é a expansão e contração da madeira de acordo com a temperatura, propriedade que também está relacionada com a presença de água. “Quando chove a semana toda, o peso da árvore aumenta drasticamente e a probabilidade de queda também, mas ainda não conseguimos calcular isso”, admite Buckeridge. A equipe já adquiriu dendrômetros, equipamentos que medem a dilatação e contração da madeira, para incluir esse fator nas análises futuras.

O ideal, segundo o pesquisador, seria construir um aplicativo que levasse em conta a maioria dos fatores que colaboram para o risco de queda de uma árvore. “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”, ressalta.

Prefeitura de SP já usa LiDAR em 650 mil árvores

Segundo Buckeridge, existe 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 o pesquisador. Ainda assim, 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.

No próprio campus da USP, a equipe está conduzindo diversos experimentos. Na Avenida Prof. Luciano Gualberto, os pesquisadores estão mapeando árvore por árvore para avaliar o estado de saúde e os riscos que oferecem. “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.

Busca por marcadores universais de vulnerabilidade

Além do LiDAR, a equipe está usando outras técnicas complementares. Na rua da Raia da USP, pesquisadores encontraram sibipirunas (Caesalpinia pluviosa) contaminadas com ganoderma, fungos que geralmente ocorrem na parte de baixo do tronco. Com a colaboração da empresa PD Instrumentos, a equipe usou um penetrômetro para medir a resistência da madeira e identificar cavidades no tronco, além de um aparelho de ultrassom para complementar os dados.

“Encontramos 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”, diz Buckeridge. A equipe também está trabalhando com a bioquímica das árvores em busca de marcadores que revelem suas suscetibilidades.

De acordo com o pesquisador, é possível buscar respostas verificando o que está acontecendo com açúcares, álcoois, substâncias do metabolismo secundário ou até expressões de genes, no caso de busca por marcadores genéticos. “Acho possível achar marcadores universais, porque existe uma fisiologia básica que todas elas têm, até mesmo as palmeiras”, adianta Buckeridge.

A equipe, que conta com a pós-doutoranda Fernanda Mendes de Rezende e o aluno de iniciação científica Jonatas da Silveira, além do professor Roberto Hirata do Instituto de Matemática e Estatística da USP no trabalho de reconhecimento de imagem, pretende cruzar dados de diferentes técnicas para criar um protocolo de diagnóstico completo. O próximo passo é desenvolver um aplicativo que torne essa tecnologia acessível para orientar o trabalho de poda em larga escala nas cidades brasileiras.

Perguntas frequentes

O que é a tecnologia LiDAR aplicada às árvores?

LiDAR (Light Detection and Ranging) é um sistema de sensoriamento a laser que cria uma “nuvem de pontos” digital em 3D, formada por milhões de coordenadas que reproduzem a arquitetura exata da árvore dentro do computador.

Como o algoritmo de poda da USP funciona?

O algoritmo usa otimização topológica para simular a força dos ventos no modelo 3D da árvore, identificar as regiões de maior fragilidade mecânica e calcular exatamente quais galhos devem ser cortados para redistribuir as tensões, sem remover mais de 20% da copa.

Quantas árvores a prefeitura de São Paulo está escaneando com LiDAR?

Segundo os pesquisadores da USP, existe um projeto em andamento na prefeitura de São Paulo para escanear todas as 650 mil árvores existentes nas ruas da cidade, embora por enquanto a técnica esteja sendo usada apenas para catalogar e não para orientar a poda.

Com informações da Agência FAPESP.