TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
Sheila Patek cronometra os animais mais velozes
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A bióloga Sheila Patek fala sobre seu trabalho de medição do ataque da Tamarutaca, um dos movimentos mais rápidos do mundo animal, usando câmeras de vídeo que gravam 20.000 quadros por segundo.
Sheila Patek - Biologist, biomechanics researcher
Biologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants. Full bio
Biologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:25
If you'd like to learn how to play the lobster, we have some here.
0
0
3000
Se querem saber como brincar de lagosta, temos algumas aqui.
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And that's not a joke, we really do.
1
3000
2000
E não é piada, temos sim.
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
5000
3000
Podem vir depois e eu mostro como bancar uma lagosta.
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
8000
4000
Na verdade, comecei a trabalhar com as chamadas tamarutacas ou 'camarão mantis'
00:37
a few years ago because they make sound.
4
12000
3000
poucos anos atrás porque elas fazem sons.
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
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15000
2000
Esta é uma gravação que fiz de uma tamarutaca
00:42
that's found off the coast of California.
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17000
2000
que se encontra no litoral da Califórnia.
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
7
30000
3000
E embora seja um som absolutamente fascinante,
00:58
it actually turns out to be a very difficult project.
8
33000
3000
acabou se tornando um projeto muito difícil.
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
9
36000
5000
E enquanto eu lutava para descobrir como e porquê as tamarutacas,
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
10
41000
4000
ou estomatópodes, produzem sons, comecei a pensar em seus apêndices.
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
11
45000
3000
E elas são chamadas de camarões louva-a-deus porque parecem um louva-a-deus,
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
12
48000
4000
que também tem um apêndice de ataque rápido. E comecei a pensar,
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
13
52000
3000
bem, talvez seja interessante, enquanto ouço seus sons,
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
14
55000
3000
descobrir como estes animais desenvolveram golpes tão rápidos.
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
15
58000
4000
E é assim que hoje falaremos sobre o golpe radical do estomatópode,
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
16
62000
3000
trabalho feito em colaboração com Wyatt Korff e Roy Caldwell.
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
17
65000
3000
Existem duas variedades de tamarutacas:
01:33
there are spearers and smashers.
18
68000
2000
tem as arpoadoras e as esmagadoras.
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
70000
3000
Esta é uma tamarutaca arpoadora, ou estomatópode.
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
73000
5000
Ela vive na areia, e apanha coisas que passam acima dela.
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
21
78000
5000
Um golpe rápido assim. E se reduzirmos um pouco a velocidade,
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
83000
2000
é uma tamarutaca -- mesma espécie --
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
85000
2000
gravado a 1.000 quadros por segundo,
01:52
played back at 15 frames per second.
24
87000
2000
reproduzido a 15 quadros por segundo.
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
25
89000
6000
Podem ver uma espetacular extensão dos membros,
02:00
exploding upward to actually just catch
26
95000
3000
explodindo para o alto para capturar
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered it.
27
98000
2000
um pedaço de camarão morto que ofereci.
02:05
Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
28
100000
5000
O outro tipo de tamarutaca é o estomatópode esmagador,
02:10
and these guys open up snails for a living.
29
105000
3000
e esses caras abrem caramujos para viver.
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
30
108000
5000
Esse cara coloca o caramujo na posição certa e dá uma boa porrada.
02:18
(Laughter)
31
113000
1000
(Risos)
02:19
So, I'll play it one more time.
32
114000
2000
Vou passar mais uma vez.
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
33
116000
4000
Ele o coloca no lugar, arrasta com seu nariz, e esmaga.
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
34
120000
7000
Depois de alguns golpes, a casca está quebrada e ele consegue uma boa janta.
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
35
127000
4000
O apêndice de ataque esmagador pode apunhalar com a ponta,
02:36
or it can smash with the heel.
36
131000
2000
ou pode esmagar com o calcanhar.
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
37
133000
3000
Hoje, vou falar sobre o golpe do tipo esmagador.
02:41
And so the first question that came to mind was,
38
136000
2000
E a primeira questão que surgiu foi,
02:43
well, how fast does this limb move?
39
138000
3000
quão rápido pode ser este movimento?
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
141000
3000
Porque já está bem rápido nesse vídeo.
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
144000
3000
E imediatamente encontrei um problema.
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
147000
3000
Cada um dos sistemas de vídeo em alta velocidade do departamento de biología
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
43
150000
4000
da Universidade de Berkeley não era rápido o suficiente para capturar este movimento.
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
154000
2000
Simplesmente não conseguíamos capturar em vídeo.
03:01
And so this had me stymied for quite a long period of time.
45
156000
3000
E ficamos nessa situação por bastante tempo.
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
159000
3000
Então uma equipe da BBC cruzou pelo departamento de biologia,
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
47
162000
5000
procurando uma história sobre novas tecnologias em biologia.
03:12
And so we struck up a deal.
48
167000
2000
Então fizemos um acordo.
03:14
I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
49
169000
2000
Eu disse, "Se vocês alugarem este sistema de vídeo em alta velocidade
03:16
that could capture these movements,
50
171000
2000
que possa capturar estes movimentos,
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
173000
3000
vocês podem nos filmar coletando as informações."
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
176000
2000
Acreditem ou não, eles toparam.
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
53
178000
4000
Assim conseguimos este sistema incrível de vídeo. Tecnologia muito recente --
03:27
it just came out about a year ago --
54
182000
2000
saiu cerca de um ano atrás --
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
55
184000
5000
que permite filmar em velocidade altíssima com pouca luz.
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
56
189000
2000
E pouca luz é um problema crítico quando se filma animais,
03:36
because if it's too high, you fry them. (Laughter)
57
191000
3000
porque se a luz está muito forte, você os alarma.
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
58
194000
5000
Esta é a tamarutaca. Os olhos ficam aqui em cima,
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
199000
3000
e aqui está o apêndice de ataque, e aqui o calcanhar.
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
202000
3000
E essa coisa está saindo para golpear e esmagar o caramujo.
03:50
And the snail's wired to a stick,
61
205000
1000
E o caramujo está espetado numa vara,
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
62
206000
4000
então fica bem mais fácil para filmar. E -- sim.
03:55
(Laughter)
63
210000
2000
(Risos)
03:57
I hope there aren't any snail rights activists around here.
64
212000
3000
Espero que não haja nenhum ativista defensor dos direitos dos caramujos por perto.
04:00
(Laughter)
65
215000
2000
(Risos)
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
66
217000
5000
Isto foi filmado a 5.000 quadros por segundo,
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
67
222000
5000
e estou reproduzindo a 15. Então foi reduzido 333 vezes.
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
68
227000
3000
E como perceberam, ainda é danado de rápido
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
69
230000
4000
reduzido 333 vezes. É um movimento incrivelmente poderoso.
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
234000
3000
O membro todo se estende. O corpo flexiona para trás --
04:22
just a spectacular movement.
71
237000
3000
um movimento espetacular.
04:25
And so what we did is, we took a look at these videos,
72
240000
2000
O que fizemos, nós olhamos estes vídeos,
04:27
and we measured how fast the limb was moving
73
242000
2000
e mensuramos a rapidez que o membro se movia
04:29
to get back to that original question.
74
244000
2000
para voltar àquela primeira questão.
04:31
And we were in for our first surprise.
75
246000
3000
E tivemos nossa primeira surpresa.
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
76
249000
3000
Calculamos que os membros se moviam
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
252000
2000
em velocidades que variam de 10 metros por segundo
04:39
all the way up to 23 meters per second.
78
254000
2000
até 23 metros por segundo.
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
79
256000
2000
Para aqueles que preferem milhas por hora,
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
80
258000
5000
é acima de 45 milhas por hora na água. É realmente muito rápido.
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
81
263000
4000
De fato, é tão rápido que colocamos uma nova marca
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
267000
3000
no espectro de movimentos extremos dos animais.
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
270000
3000
E a tamarutaca tem oficialmente o golpe mais rápido medido
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
273000
4000
de qualquer grupo animal. Foi nossa primeira surpresa.
05:02
(Applause)
85
277000
1000
(Aplausos)
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
278000
3000
Isso foi muito legal e bem inesperado.
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
87
281000
3000
Vocês devem estar se perguntando, como elas fazem isso?
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
88
284000
3000
Na verdade, esse trabalho foi feito nos anos 60
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
89
287000
2000
por um famoso biólogo chamado Malcolm Burrows.
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
289000
3000
O que ele demonstrou nesses camarões é que eles usam
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
292000
3000
o que se chama de mecanismo de trava, ou de clique.
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
92
295000
4000
E que basicamente consiste em um grande músculo
05:24
that takes a good long time to contract,
93
299000
2000
que demora para se contrair,
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
94
301000
3000
e um trinco que previne qualquer movimento.
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
304000
2000
Assim o músculo contrai, e nada acontece.
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
96
306000
3000
Uma vez que o músculo está totalmente contraído, com tudo dentro --
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
97
309000
4000
o trinco sobe, e temos o movimento.
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
98
313000
3000
Basicamente é o que se chama de um sistema de amplificação de força.
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
Demora bastante para o músculo se contrair,
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
318000
2000
e muito pouco tempo para que o membro seja lançado.
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
101
320000
3000
Eu pensei que esse seria o fim da história.
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
102
323000
4000
Era assim que as tamarutacas faziam esses golpes tão velozes.
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
Mas então eu visitei o Museu Nacional de História Natural.
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
331000
2000
Se alguém tiver a oportunidade,
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
os bastidores do Museu Nacional de Histôria Natural
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
335000
4000
tem uma das melhores coleções de tamarutacas preservadas. E que --
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
(Risos)
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
isso é muito sério pra mim.
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
(Risos)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
Então -- o que eu vi, em cada membro de tamarutaca,
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
tanto da arpoadora como da esmagadora,
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
350000
2000
foi uma bonita estrutura em forma de sela
06:17
right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
113
352000
4000
na parte superior do membro. Podem ver bem aqui.
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
356000
2000
Parece bem uma sela que se colocaria em um cavalo.
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
É uma estrutura bem bonita.
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
360000
5000
E é cercada por áreas membranosas. E essas áreas
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
117
365000
4000
sugerem que talvez seja algum tipo de estrutura dinamicamente flexível.
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
118
369000
3000
Isso meio que me deixou coçando a cabeça por um tempo.
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
372000
4000
Fizemos uma série de cálculos, e então pudemos demonstrar
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
376000
4000
que essas tamarutacas tinham que ter uma mola.
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
Tinha que ser algum tipo de mecanismo que acionado por uma mola
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
para poder gerar a quantidade de força que observamos,
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
385000
3000
e a velocidade que observamos, e o resultado do sistema.
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
388000
3000
Então pensamos, OK, isto deve ser uma mola --
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
391000
2000
a sela bem que pode ser uma mola.
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
393000
2000
E voltamos aos vídeos em alta-velocidade,
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
127
395000
6000
e na verdade visualizamos a sela comprimindo e estendendo.
07:06
And I'll just do that one more time.
128
401000
3000
Vou passar mais uma vez.
07:09
And then if you take a look at the video --
129
404000
2000
Se vocês olharem o vídeo --
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
130
406000
2000
é um pouco difícil de ver - está realçado em amarelo.
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
131
408000
2000
A sela está realçada em amarelo. Na verdade podem vê-la
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
132
410000
4000
se estendendo durante o percurso do golpe, na verdade se hiper-estendendo.
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
Assim, tínhamos evidências muito sólidas demonstrando
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
416000
4000
que a estrutura em forma de sela na verdade comprimia e estendia,
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
e de fato, funciona como uma mola.
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
A sela também é conhecida como superfície parabolóide hiperbólica,
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
ou uma superfície anticlástica.
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
Que é muita bem conhecida pelos engenheiros e arquitetos,
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
porque é uma superfície muito forte quando comprimida.
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
Ela tem curvas em duas direções,
07:41
one curve upward and opposite transverse curve down the other,
141
436000
3000
uma curva para cima e oposta transversalmente a outra,
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
assim qualquer tipo de perturbação espalha as forças
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
pela superfície deste tipo de forma.
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
445000
4000
Bem conhecida pelos engenheiros, mas não muito pelos biólogos.
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
449000
4000
É também conhecida por alguns joalheiros,
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
porque requer bem pouco material
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
para construir este tipo de superfície, e é muito forte.
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
Se você vai construir uma estrutura de ouro fina,
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
é muito bom ter um formato que seja forte.
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
463000
5000
E é também conhecida pelos arquitetos. Um dos mais famosos
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
468000
3000
é Eduardo Catalano, que popularizou esta estrutura.
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
471000
3000
E o que temos aqui é um teto em forma de sela que ele construiu
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
474000
4000
com cerca de 26 metros de largura.
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
Tem pouco mais de 6 cm de espessura, e dois apoios.
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
481000
5000
Um dos motivos para ele projetar tetos assim é porque --
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
ele achou fascinante que se pudesse construir um estrutura tão forte
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
490000
4000
feita de tão poucos materiais e sustentada por tão poucos apoios.
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
494000
4000
E estes são os mesmos princípios que se aplicam
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
498000
2000
à mola em forma de sela nos estomatópodes.
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
Em sistemas biológicos é importante não precisar
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
de muito material extra para se construir.
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
Paralelos muito interessantes entre o mundo da biología
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
509000
4000
e o da engenharia. E o mais interessante, acabou sendo --
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
513000
2000
o estomatópode acabou sendo a primeira mola
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
parabolóide hiperbólica biológica já descrita.
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
É um pouco longo, mas é interessante.
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
Assim, a próxima e última questão era, bem, quanta força
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
524000
4000
uma tamarutaca produz se ela consegue quebrar uma casca de caramujo?
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
Então eu preparei o que se chama uma célula de carga.
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
Uma célula de carga mede forças, e na verdade é
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
532000
3000
uma célula piezoeletrônica com um pequeno cristal por dentro.
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
535000
4000
Quando este cristal é pressionado, suas propriedades elétricas mudam
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
na proporção das forças que entram.
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
Assim estes animais são maravilhosamente agressivos,
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
e famintos o tempo todo. Tudo o que tive de fazer
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
foi grudar esse camarãozinho na frente da célula,
09:35
and they'd smash away at it.
177
550000
2000
e eles a bateram.
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
552000
4000
E este é um vídeo comum do animal
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
arrebentando toda a célula de carga.
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
559000
3000
E agora podiamos tirar algumas medições de força.
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
562000
2000
E novamente, fomos pegos de surpresa.
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
Eu adquiri uma célula com limite de até 45 kg, pensando,
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
566000
4000
nenhum animal deste porte poderia produzir mais que 45 kg de força.
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
570000
2000
Não podia saber, eles imediatamente sobrecarregaram a célula.
09:57
So these are actually some old data
185
572000
2000
Estas são na verdade uns dados antigos
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
574000
2000
onde tive que encontrar os menores animais do laboratório,
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
e éramos capazes de medir forças de mais de 45 kg
10:04
generated by an animal about this big.
188
579000
3000
geradas por um animal deste tamanho.
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
582000
2000
Na verdade, só semana passada consegui uma célula para medir até 140 kg
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
funcionando, e medimos estes animais gerando
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
mais de 90 kg de força.
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
589000
3000
De novo, penso que será um recorde mundial.
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
592000
2000
Tenho que fazer mais algumas medições,
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
594000
3000
mas penso que será a maior soma de energia produzida
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
597000
5000
por um animal dada a sua massa corporal. Forças incríveis mesmo.
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
Isso nos leva de volta a importância daquela mola
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
605000
4000
para armazenar e liberar tanta energia neste sistema.
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
Mas esse não foi o final da história.
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
611000
3000
Falando assim parece fácil, mas é bastante trabalho.
10:39
And I got all these force measurements,
200
614000
2000
Eu tinha todas essas medições de força,
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
616000
4000
então passei a observar a força liberada pelo sistema.
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
É bem simples -- tempo está no eixo X
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
623000
3000
e a força no eixo Y. Vocês podem ver dois picos.
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
E isso me deixou muito intrigada.
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
630000
3000
O primeiro pico, obviamente, é o membro atingindo a célula.
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
633000
6000
Mas há um grande segundo pico meio milissegundo após,
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
e eu não sabia o que podia ser.
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
641000
3000
Poderia se esperar um segundo pico por outras razões,
11:09
but not half a millisecond later.
209
644000
2000
mas não meio milissegundo depois.
11:11
Again, going back to those high-speed videos,
210
646000
2000
Novamente, de volta aos vídeos de alta-velocidade,
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
648000
4000
existe uma boa dica do que poderia ser.
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
Aqui está na mesma orientação que vimos antes.
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
O apêndice de ataque -- o calcanhar,
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
657000
3000
que está se lançando para atingir a célula.
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
660000
3000
E eu gostaria que nesta tomada, vocês mantivessem os olhos nisto,
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
na superfície da célula, enquanto o membro vai se aproximando.
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
Espero que consigam ver o que na verdade é um flashe de luz.
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
Audiência: Uau.
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
675000
4000
Sheila Patek: Se nós pegarmos este quadro, o que se pode ver ali
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
ao final da seta amarela é uma bolha de vapor.
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
E o que é? É cavitação.
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
684000
4000
E cavitação é um fenômeno fluidodinâmico extremamente potente
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
que ocorre quando se tem áreas de aǵua
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
movendo-se em velocidades extremamente diferentes.
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
Quando acontece, pode ocorrer áreas de pressão muito baixa,
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
que resultam em água literalmente vaporizada.
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
700000
4000
E quando essa bolha explode, ela emite som, luz e calor,
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
e é um processo muito destrutivo.
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
706000
5000
E está no estomatópode. Novamente, é uma situação
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
711000
3000
onde engenheiros estão bem familiarizados com o fenômeno,
12:19
because it destroys boat propellers.
231
714000
2000
porque ele destrói propulsores de barco.
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
Pessoas lutaram por anos para testar e projetar
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
719000
4000
um propulsor de alta rotação que não cause cavitação
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
723000
2000
e literalmente rasgue o metal e faça buracos nele,
12:30
just like these pictures show.
235
725000
2000
como mostram estas fotos.
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
727000
9000
Então é uma força potente em sistemas de fluídos, e só para nos adiantar um paso a frente,
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
736000
3000
mostrarei a tamarutaca se aproximando do caramujo.
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
739000
4000
Isto foi obtido a 20.000 quadros por segundo e o crédito vai
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
743000
4000
todo para o câmera da BBC, Tim Green, por preparar esta tomada,
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
porque eu nunca podería ter feito isso nem num milhão de anos.
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
750000
3000
Uma das vantagens de se trabalhar com profissionais.
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
753000
4000
Podem vê-la se aproximando, e um incrível flashe de luz,
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
757000
4000
e toda a cavitação espalhando-se pela superfícíe do caramujo.
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
De verdade, uma imagem estupenda,
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
extremamente desacelarada, para uma velocidade muito lenta.
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
De novo, podemos ver ligeiramente diferente daqui,
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
com a bolha se formando e explodindo entre as duas superfícies.
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
248
775000
5000
Vocês devem ter visto alguma cavitação subindo ao final do membro.
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
Para resolver essa charada de dois picos de força:
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
o que eu penso que ocorre é, o primeiro impacto na verdade
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
785000
3000
é o membro acertando a célula, e o segundo na verdade
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
788000
2000
é o estouro da bolha de cavitação.
13:35
And these animals may very well be making use of
253
790000
3000
Estes animais podem muito bem fazer uso de
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
793000
4000
não só da força e energia armazenadas em sua mola especializada,
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
797000
4000
mas dos limites da dinâmica de fluídos. E na verdade podem
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
801000
4000
usar a dinâmica de fluídos como segunda força para quebrar a casca.
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
805000
6000
Uma paulada dupla, por assim dizer, vinda desses animais.
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
811000
2000
Algo que sempre me pedem após esta conversa --
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
813000
3000
presumo que tenho que responder agora -- é, o que acontece com o animal?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
816000
3000
Porque obviamente, se ele quebra cascas,
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
819000
3000
o pobre membro deve estar se desintegrando, E de fato está.
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
822000
3000
Esta é a parte que esmaga em ambas as imagens,
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
825000
2000
e que se desgasta. De fato, temos visto elas desgastarem
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
827000
2000
o calcanhar até a carne.
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
829000
3000
Mas uma das coisas convenientes de ser um artrópode
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
832000
3000
é que tem a fase da muda. E a cada cerca de três meses
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
835000
5000
esses animais mudam, e constroem um novo membro e pronto.
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
840000
4000
Uma solução muito conveniente para este tipo de problema.
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
269
844000
5000
Gostaria de terminar com uma nota meia doida.
14:34
(Laughter)
270
849000
3000
(Risos)
14:37
Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
271
852000
4000
Talvez tudo tenha sido doido pra vocês, não sei.
14:41
(Laughter)
272
856000
1000
(Risos)
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
273
857000
3000
As selas, essa mola em forma de sela --
14:45
has actually been well known to biologists for a long time,
274
860000
4000
na verdade era bem conhecida dos biólogos já faz tempo,
14:49
not as a spring but as a visual signal.
275
864000
4000
não como uma mola mas como um sinal.
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
276
868000
2000
Na verdade há um espetacular ponto colorido
14:55
in the center of the saddles of many species of stomatopods.
277
870000
6000
no centro das selas de muitas espécies de estomatópodes.
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
278
876000
3000
E é bem interessante, encontrar origens evolucionárias
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
279
879000
6000
de sinais visuais no que de fato, em todas as espécies, é sua mola.
15:10
And I think one explanation for this could be
280
885000
2000
Penso que uma explicação nos levaria
15:12
going back to the molting phenomenon.
281
887000
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de volta ao fenômeno da muda.
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So these animals go into a molting period where they're
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Estes animais passam por um período de muda onde
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unable to strike -- their bodies become very soft.
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não podem atacar -- seus corpos tornam-se muito macios.
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And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
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E eles literalmente estão incapazes de golpear ou se auto-destroem.
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This is for real. And what they do is, up until that time period
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Sério. E o que eles fazem é, enquanto não chega o período
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when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
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em que não podem golpear, eles se tornam rudes e desagradáveis,
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and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
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e atacam tudo pela frente, não importa quem ou que seja.
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And the second they get into that time point when they can't strike any more,
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E no segundo em que atingem o ponto em que não podem mais atacar,
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they just signal. They wave their legs around.
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eles sinalizam. Eles acenam com suas pernas.
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And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
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Este é um dos exemplos clássicos do comportamento animal de blefe.
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It's a well-established fact of these animals
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É um fato bem estabelecido que estes animais
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that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
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na verdade blefam. Eles não podem atacar, mas eles fingem.
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And so I'm very curious about whether those colored dots
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E eu estou muito curiosa pra saber se esses pontos coloridos
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in the center of the saddles are conveying some kind of information
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no centro das selas estão transmitindo algum tipo de informação
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about their ability to strike, or their strike force,
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sobre sua habilidade de atacar, ou sua força de ataque,
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and something about the time period in the molting cycle.
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e algo sobre o período de tempo no ciclo da muda.
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So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
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É interessante e estranho encontrar uma estrutura visual
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right in the middle of their spring.
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bem no meio de suas molas.
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So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
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Para terminar, mais que tudo quero reconhecer meus dois colaboradores,
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Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
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Wyatt Korff e Roy Caldwell, que trabalharam junto comigo.
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And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
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Também o Instituto Miller de Pesquisa Fundamental em Ciência,
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which gave me three years of funding to just do science all the time,
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que me deu três anos de verbas para fazer ciência o tempo todo,
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and for that I'm very grateful. Thank you very much.
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e pelo qual sou muito grata. Muito obrigada a todos.
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(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Sheila Patek - Biologist, biomechanics researcherBiologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants.
Why you should listen
Sheila Patek, a UC Berkeley biologist, made a name for herself by measuring the hyperfast movements of snail-smashing mantis shrimp heels and bug-snapping ant jaws, using high-speed video cameras recording at up to 20,000 frames per second. In 2004, she and her team showed that peacock mantis shrimp had the fastest feeding strike in the animal kingdom, and that they are the only known animal to store energy in a hyperbolic paraboloid, a super-strong Pringles-shaped structure more often found in modern architecture.
Then in 2006, she and her team announced that trap-jaw ants had stolen the title of fastest striker from the mantis shrimp, when their research measured the ants' snapping jaws at an awesome 78 to 145 miles per hour, accelerating at 100,000 times the force of gravity. Patek's previous research focused on the sounds made by spiny lobsters, discovering that they used a mechanism similar to a violin. In 2004, she was named one of Popular Science magazine's "Brilliant 10." The Patek Lab at University of Massachusetts Amherst, where Patek is the principal investigator, continues to explore evolutionary questions through the integration of physiology, biomechanics, evolutionary analysis and animal behavior.
Sheila Patek | Speaker | TED.com