TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
Sheila Patek: O camarão que dá pontapés!
Filmed:
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A bióloga Sheila Patek fala-nos do seu trabalho de medição do ataque predador do estomatópode, um dos movimentos mais rápidos do mundo animal, usando câmaras de vídeo que gravam 20 000 imagens 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 aprender a tocar
com uma lagosta, temos aqui algumas.
com uma lagosta, temos aqui algumas.
00:28
And that's not a joke, we really do.
1
3000
2000
Não estou a brincar, é o que fazemos.
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
5000
3000
Venham ter comigo depois
e eu mostro como se toca com uma lagosta.
e eu mostro como se toca com uma lagosta.
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
8000
4000
Comecei a trabalhar há uns anos,
com o que chamamos estomatópodes
com o que chamamos estomatópodes
00:37
a few years ago because they make sound.
4
12000
3000
porque eles emitem sons.
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
5
15000
2000
Isto é um registo que fiz
de um estomatópode
de um estomatópode
00:42
that's found off the coast of California.
6
17000
2000
que se encontra ao largo
da costa da Califórnia.
da costa da Califórnia.
(Som do estomatópode)
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
7
30000
3000
Embora seja um som
completamente fascinante,
completamente fascinante,
00:58
it actually turns out to be a very difficult project.
8
33000
3000
acontece que é um projeto muito difícil.
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
9
36000
5000
Enquanto eu estava a tentar perceber
como e porquê o estomatópode
fazia este som,
fazia este som,
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
10
41000
4000
comecei a pensar nos seus apêndices.
Os estomatópodes também são chamados
de "camarões louva-a-deus"
de "camarões louva-a-deus"
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
11
45000
3000
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
12
48000
4000
porque têm um apêndice
para se alimentarem rapidamente.
para se alimentarem rapidamente.
Enquanto ouvia aqueles sons, pensei
que talvez fosse interessante
que talvez fosse interessante
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
13
52000
3000
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
14
55000
3000
perceber como aqueles animais
faziam movimentos tão rápidos para comer.
faziam movimentos tão rápidos para comer.
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
15
58000
4000
Hoje, vou falar do ataque extremamente
rápido do estomatópode,
rápido do estomatópode,
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
16
62000
3000
um trabalho que fiz em colaboração
com Wyatt Korff e Roy Calwell.
com Wyatt Korff e Roy Calwell.
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
17
65000
3000
Os estomatópodes têm duas variedades:
01:33
there are spearers and smashers.
18
68000
2000
há os arpoadores e os esmagadores.
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
70000
3000
Este é um estomatópode arpoador.
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
73000
5000
Vive na areia e apanha as coisas
que lhe passam por cima da cabeça.
que lhe passam por cima da cabeça.
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
21
78000
5000
É um golpe rápido como este.
E este é um estomatópode
da mesma espécie
da mesma espécie
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
83000
2000
filmado em câmara lenta,
a 1000 imagens por segundo
a 1000 imagens por segundo
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
85000
2000
01:52
played back at 15 frames per second.
24
87000
2000
e reproduzido a 15 imagens por segundo.
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
25
89000
6000
Vemos uma extensão das pinças
realmente espetacular.
realmente espetacular.
explodindo para cima, para agarrar
02:00
exploding upward to actually just catch
26
95000
3000
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered it.
27
98000
2000
um pedaço de camarão morto
que lhe ofereci.
que lhe ofereci.
02:05
Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
28
100000
5000
O outro tipo é o estomatópode esmagador.
02:10
and these guys open up snails for a living.
29
105000
3000
Estes tipos partem caracóis, para comer.
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
30
108000
5000
Assim, este põe o caracol a jeito
e dá-lhe um pontapé.
e dá-lhe um pontapé.
02:18
(Laughter)
31
113000
1000
(Risos)
02:19
So, I'll play it one more time.
32
114000
2000
Vou passar outra vez.
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
33
116000
4000
Coloca-o onde quer,
empurra-o com o nariz e, zás.
empurra-o com o nariz e, zás.
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
34
120000
7000
Depois de mais pontapés,
o caracol parte-se e ele janta.
o caracol parte-se e ele janta.
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
35
127000
4000
O apêndice predador do estomatópode
pode furar com uma ponta afiada
pode furar com uma ponta afiada
02:36
or it can smash with the heel.
36
131000
2000
ou pode despedaçar com o calcanhar.
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
37
133000
3000
Hoje vou falar do tipo
de ataque esmagador.
de ataque esmagador.
02:41
And so the first question that came to mind was,
38
136000
2000
A primeira pergunta em que pensei foi:
02:43
well, how fast does this limb move?
39
138000
3000
"Com que rapidez se move este membro?"
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
141000
3000
porque move-se muito depressa
naquele vídeo.
naquele vídeo.
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
144000
3000
Imediatamente, deparei-me
com um problema.
com um problema.
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
147000
3000
Nenhum sistema de vídeo
de alta velocidade
de alta velocidade
no departamento de biologia de Berkeley
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
43
150000
4000
era suficientemente rápido
para captar este movimento.
para captar este movimento.
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
154000
2000
Não conseguíamos captá-lo em vídeo.
03:01
And so this had me stymied for quite a long period of time.
45
156000
3000
Isso impediu-me de continuar
durante muito tempo
durante muito tempo
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
159000
3000
Então, apareceu uma equipa da BBC
no departamento de biologia
no departamento de biologia
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
47
162000
5000
à procura de uma história sobre
as novas tecnologias em biologia.
as novas tecnologias em biologia.
03:12
And so we struck up a deal.
48
167000
2000
Assim, fizemos um acordo. Eu disse:
03:14
I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
49
169000
2000
"Se nos alugarem um sistema de vídeo
de alta velocidade
de alta velocidade
03:16
that could capture these movements,
50
171000
2000
"que possa captar estes movimentos
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
173000
3000
"podem filmar-nos a recolher os dados".
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
176000
2000
E, acreditem, eles aceitaram.
(Risos)
(Risos)
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
53
178000
4000
Ficámos com este sistema de vídeo
fantástico, é alta tecnologia
fantástico, é alta tecnologia
03:27
it just came out about a year ago --
54
182000
2000
— chegou há cerca de um ano —
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
55
184000
5000
e permite-nos filmar
a alta velocidade com pouca luz.
a alta velocidade com pouca luz.
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
56
189000
2000
Pouca luz é fundamental
para filmar animais
para filmar animais
03:36
because if it's too high, you fry them. (Laughter)
57
191000
3000
porque, se for muito forte, ficam fritos.
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
58
194000
5000
(Risos)
Este é o estomatópode.
Tem os olhos aqui em cima.
Tem os olhos aqui em cima.
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
199000
3000
Tem o apêndice predador
e aqui é o calcanhar.
e aqui é o calcanhar.
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
202000
3000
Isto vai virar-se e esmagar o caracol.
03:50
And the snail's wired to a stick,
61
205000
1000
O caracol está atado a um pauzinho,
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
62
206000
4000
assim, é mais fácil desferir o golpe.
(Risos)
03:55
(Laughter)
63
210000
2000
03:57
I hope there aren't any snail rights activists around here.
64
212000
3000
Espero que não haja aqui ativistas
de defesa dos direitos dos caracóis
de defesa dos direitos dos caracóis
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 5000 imagens por segundo
a 5000 imagens por segundo
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
67
222000
5000
e vou passá-lo a 15 imagens por segundo,
ou seja, 333 vezes mais lentamente.
ou seja, 333 vezes mais lentamente.
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
68
227000
3000
Como vão ver, ainda é muito rápido,
apesar de 333 vezes mais lento.
apesar de 333 vezes mais lento.
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
69
230000
4000
É um movimento incrivelmente potente.
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
234000
3000
O membro estica completamente.
o corpo flete-se para trás
o corpo flete-se para trás
04:22
just a spectacular movement.
71
237000
3000
— é um movimento espetacular.
04:25
And so what we did is, we took a look at these videos,
72
240000
2000
Então, vimos estes vídeos
04:27
and we measured how fast the limb was moving
73
242000
2000
e medimos a velocidade
a que o membro estava a mover-se.
a que o membro estava a mover-se.
04:29
to get back to that original question.
74
244000
2000
para voltar à pergunta inicial.
04:31
And we were in for our first surprise.
75
246000
3000
E deparámo-nos com a primeira surpresa.
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
76
249000
3000
Calculámos que os membros
se moviam
se moviam
numa velocidade de pico
entre 10 metros por segundo
entre 10 metros por segundo
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
252000
2000
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 quem prefere milhas por hora,
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
80
258000
5000
são mais de 45 milhas à hora na água.
É uma velocidade dos diabos.
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
81
263000
4000
É tão rápida que pudemos
acrescentar um novo ponto
acrescentar um novo ponto
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
267000
3000
no espetro dos movimentos
extremos dos animais.
extremos dos animais.
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
270000
3000
O estomatópode é oficialmente
o predador de ataque mais rápido
o predador de ataque mais rápido
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
273000
4000
de qualquer sistema animal.
Foi a nossa primeira surpresa.
(Aplausos)
05:02
(Applause)
85
277000
1000
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
278000
3000
Foi muito giro e totalmente inesperado.
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
87
281000
3000
Talvez estejam a pensar
como é que eles conseguem fazer isto.
como é que eles conseguem fazer isto.
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
88
284000
3000
Este 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.
chamado Malcolm Burrows.
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
289000
3000
Ele mostrou que os estomatópodes
usam aquilo a que chama
usam aquilo a que chama
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
292000
3000
um "mecanismo de captura"
ou um "mecanismo de clique".
ou um "mecanismo de clique".
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
92
295000
4000
Consiste, basicamente,
num grande músculo
num grande músculo
05:24
that takes a good long time to contract,
93
299000
2000
que leva muito tempo a contrair-se
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
94
301000
3000
e um fecho que impede qualquer movimento.
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
304000
2000
Assim, o músculo contrai-se
e nada acontece,
e nada acontece,
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
96
306000
3000
Quando o músculo está totalmente
contraído — está tudo em reserva —
contraído — está tudo em reserva —
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
97
309000
4000
o fecho abre-se e dá-se o movimento.
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
98
313000
3000
É aquilo a que se chama um "sistema
de amplificação de energia".
de amplificação de energia".
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
O músculo leva muito tempo a contrair-se
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
318000
2000
e num espaço de tempo muito curto,
o membro dispara.
o membro dispara.
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
101
320000
3000
Eu julgava que isto era o fim da história.
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
102
323000
4000
Era assim que os estomatópodes
faziam aqueles ataques muito rápidos.
faziam aqueles ataques muito rápidos.
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
Mas depois, fiz uma visita ao Museu
Nacional de História Natural.
Nacional de História Natural.
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
331000
2000
Se tiverem oportunidade
entrem nos bastidores do Museu
Nacional de História Natural.
Nacional de História Natural.
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
335000
4000
É uma das melhores coleções
de estomatópodes conservados.
de estomatópodes conservados.
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
(Risos)
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
Isto para mim é um assunto muito sério.
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
(Risos)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
O que eu vi, em todos os membros
de cada estomatópode,
de cada estomatópode,
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
fosse um arpoador ou um esmagador,
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
350000
2000
é uma bonita estrutura,
em forma de sela
em forma de sela
06:17
right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
113
352000
4000
mesmo na superfície do membro.
Podem vê-la aqui mesmo.
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
356000
2000
Parece mesmo uma sela
que poríamos num cavalo.
que poríamos num cavalo.
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
É uma estrutura muito bonita.
Está rodeada por áreas membranosas.
Está rodeada por áreas membranosas.
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
360000
5000
Aquelas áreas membranas sugeriram-me
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
117
365000
4000
que talvez seja uma estrutura
flexível dinâmica
flexível dinâmica
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
118
369000
3000
E isso deixou-me perplexa
durante uns tempos.
durante uns tempos.
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
372000
4000
Depois, fizemos uma série de cálculos
e mostrámos que os estomatópodes
tinham que ter uma mola.
tinham que ter uma mola.
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
376000
4000
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
Tinha que haver qualquer mecanismo
carregado como uma mola
carregado como uma mola
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
para gerar a quantidade de força
que observamos.
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.
e o resultado do sistema.
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
388000
3000
Pensámos que isto devia ser uma mola
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
391000
2000
— a sela podia muito bem ser uma mola.
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
393000
2000
Voltámos aos vídeos de alta velocidade.
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
127
395000
6000
e pudemos visualizar a sela
a comprimir-se e a estender-se.
a comprimir-se e a estender-se.
07:06
And I'll just do that one more time.
128
401000
3000
Vou passar isto outra vez.
07:09
And then if you take a look at the video --
129
404000
2000
Se virem o vídeo com atenção
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
130
406000
2000
— é mais difícil de ver —
está marcado a amarelo.
está marcado a amarelo.
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
131
408000
2000
A sela está marcada a amarelo.
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
132
410000
4000
Vemo-la a estender-se durante o ataque.
ou melhor, a hiperestender-se.
ou melhor, a hiperestender-se.
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
Ficámos com provas muito sólidas
que mostram
que mostram
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
416000
4000
que a estrutura em forma de sela
comprime-se e estende-se.
comprime-se e estende-se.
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
e funciona, de facto, como uma mola.
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
A estrutura em forma de sela
também é conhecida
também é conhecida
por "superficie paraboloide hiperbólica"
ou "superfície anticlástica".
ou "superfície anticlástica".
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
Isto é bem conhecido
dos engenheiros e arquitetos,
dos engenheiros e arquitetos,
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
porque é uma superfície
muito forte em compressão
muito forte em compressão
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
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 a outra oposta
transversal para baixo.
transversal para baixo.
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
Assim, qualquer perturbação
espalha as forças
espalha as forças
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
sobre toda a superfície
deste tipo de forma.
deste tipo de forma.
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
445000
4000
É uma coisa mais conhecida
dos engenheiros do que dos biólogos.
dos engenheiros do que dos biólogos.
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
449000
4000
Também é conhecida por algumas
das pessoas que fazem joalharia
das pessoas que fazem joalharia
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
porque exige muito pouco material
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
para criar este tipo de superfície
e é muito resistente.
e é muito resistente.
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
Portanto, para criarmos
uma delgada estrutura de ouro,
uma delgada estrutura de ouro,
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
será bom fazê-la numa forma
que seja forte.
que seja forte.
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
463000
5000
Também é conhecida dos arquitetos.
Um dos arquitetos mais famosos
é Eduardo Catalano,
é Eduardo Catalano,
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
468000
3000
que popularizou esta estrutura.
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
471000
3000
Mostro aqui uma cobertura
em forma de sela que ele construiu.
em forma de sela que ele construiu.
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
474000
4000
Tem uma envergadura de quase 27 m.
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
Tem uma espessura de quase 6,5 cm
e está apoiada em dois pontos.
e está apoiada em dois pontos.
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
481000
5000
Uma das razões por que ele
concebeu coberturas desta forma
concebeu coberturas desta forma
é porque achou fascinante poder
construir uma estrutura tão forte
construir uma estrutura tão forte
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
490000
4000
feita com poucos materiais
e sustentada por tão poucos pontos.
e sustentada por tão poucos pontos.
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
494000
4000
Tudo isto utiliza os mesmos princípios
que se aplicam à mola em forma de sela
dos estomatópodes.
dos estomatópodes.
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
498000
2000
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
Em sistemas biológicos é importante
não ter uma grande quantidade
não ter uma grande quantidade
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
de materiais extra para a sua criação.
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
São paralelos muito interessantes
entre os mundos da biologia
e da engenharia.
e da engenharia.
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
509000
4000
Curiosamente, a sela dos estomatópodes
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
513000
2000
é a primeira descrição de uma mola
paraboloide hiperbólica biológica.
paraboloide hiperbólica biológica.
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
É um nome um pouco longo
— mas é muito interessante.
— mas é muito interessante.
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
A pergunta final era:
Quanta força produz
um estomatópode para partir caracóis?
um estomatópode para partir caracóis?
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
524000
4000
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
Liguei aquilo a que chamamos
uma célula de carga
uma célula de carga
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
Uma célula de carga mede forças.
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
532000
3000
É uma célula de carga piezoeletrónica
que contém um pequeno cristal.
que contém um pequeno cristal.
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
535000
4000
Quando esse cristal é comprimido,
as propriedades elétricas mudam
as propriedades elétricas mudam
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
em proporção com as forças exercidas.
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
Estes animais são extremamente agressivos
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
e estão sempre esfomeados.
Por isso, bastava pôr um pouco
de pasta de camarão na célula de carga
de pasta de camarão na célula de carga
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
09:35
and they'd smash away at it.
177
550000
2000
e eles esmagavam-na logo.
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
552000
4000
Este é um vídeo normal do animal
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
a esmagar esta célula de carga.
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
559000
3000
Conseguimos obter medições da força.
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
562000
2000
Mais uma vez, foi para nós uma surpresa.
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
Comprei uma célula de carga de 45 kg
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
566000
4000
julgando que nenhum animal deste tamanho
produziria mais de 45 kg .
produziria mais de 45 kg .
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
570000
2000
Mas imediatamente
ultrapassaram a célula de carga.
ultrapassaram a célula de carga.
09:57
So these are actually some old data
185
572000
2000
Estes são dados antigos
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
574000
2000
que eu encontrei para os animais
mais pequenos no laboratório
mais pequenos no laboratório
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
e conseguimos medir forças
muito acima dos 45 kg
muito acima dos 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 semana passada, arranjei
uma célula de carga de 135 kg
uma célula de carga de 135 kg
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
e medimos as forças geradas
por estes animais, acima de 90 kg.
por estes animais, acima de 90 kg.
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
589000
3000
Penso que será mais um recorde mundial.
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
592000
2000
Tenho que fazer mais umas pesquisas
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
594000
3000
mas penso que será a maior força
produzida por um animal
produzida por um animal
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
597000
5000
em relação à sua massa.
É de facto uma força incrível.
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
Isso leva-nos de novo
à importância daquela mola
à importância daquela mola
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
605000
4000
na armazenagem e libertação
de tanta energia neste sistema.
de tanta energia neste sistema.
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
Mas ainda não é o fim da história.
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
611000
3000
Eu dou a ideia de que o som
é muito fácil, mas dá muito trabalho.
é muito fácil, mas dá muito trabalho.
10:39
And I got all these force measurements,
200
614000
2000
Obtive todas estas medições de força
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
616000
4000
e depois observei
a produção da força do sistema.
a produção da força do sistema.
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
É muito simples
O tempo está no eixo x
e a força no eixo y.
e a força no eixo y.
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
623000
3000
Vemos dois picos.
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
Fiquei 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 a atingir a célula de carga.
é o membro a atingir a célula de carga.
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
633000
6000
Mas há um segundo pico muito grande
meio milissegundo depois
meio milissegundo depois
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
e eu não percebia o que era.
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
641000
3000
Podíamos esperar um segundo pico
por outras razões,
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
Voltando àqueles vídeos
de alta velocidade.
de alta velocidade.
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
648000
4000
há uma boa pista para o que
podia estar a passar-se.
podia estar a passar-se.
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
Esta é a mesma orientação
que vimos há bocado.
que vimos há bocado.
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
Está ali o apêndice predador,
ali é o calcanhar.
ali é o calcanhar.
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
657000
3000
Vai virar-se e bater na célula de carga.
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
660000
3000
Atenção agora ao que se vai passar
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
na superfície da célula de carga,
quando o membro a atingir.
quando o membro a atingir.
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
Espero que consigam ver
que há um raio de luz.
que há um raio de luz.
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
675000
4000
Audiência: Uau!
SP: Se isolarmos esta imagem,
vemos ali,
vemos ali,
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
na ponta da seta amarela,
uma bolha de vapor.
uma bolha de vapor.
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
Isto é cavitação.
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
684000
4000
A cavitação é um fenómeno
fluido dinâmico extremamente potente
fluido dinâmico extremamente potente
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
que ocorre quando temos áreas de água
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
que se movem a velocidades
extremamente diferentes.
extremamente diferentes.
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
Quando isso acontece, pode provocar
áreas de pressão muito baixa
áreas de pressão muito baixa
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
que resultam, literalmente,
na vaporização da água.
na vaporização da água.
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
700000
4000
Quando essa bolha de vapor rebenta,
emite som, luz e calor.
emite som, luz e calor.
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
É um processo muito destrutivo.
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
706000
5000
Cá está ele no estomatópode.
É também um fenómeno muito conhecido
dos engenheiros
dos engenheiros
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
711000
3000
12:19
because it destroys boat propellers.
231
714000
2000
porque destrói as hélices dos barcos.
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
Há anos que se tenta conceber
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
719000
4000
uma hélice de rotação muito rápida
que não provoque cavitação
que não provoque cavitação
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
723000
2000
e destrua o metal e lhe faça buracos,
12:30
just like these pictures show.
235
725000
2000
tal como estas imagens mostram.
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
727000
9000
É uma força potente
em sistemas de fluidos,
em sistemas de fluidos,
e, só para adiantar mais um pouco,
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
736000
3000
vou mostrar o estomatópode
a aproximar-se do caracol.
a aproximar-se do caracol.
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
739000
4000
Isto foi filmado a 20 000
imagens por segundo.
imagens por segundo.
Todo o mérito desta sequência deve-se
ao operador de imagem da BBC, Tim Green,
ao operador de imagem da BBC, Tim Green,
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
743000
4000
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
porque eu nunca a teria feito
nem num milhão de anos.
nem num milhão de anos.
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
750000
3000
É a vantagem de trabalhar
com profissionais.
com profissionais.
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
753000
4000
Vemo-lo a chegar, um incrível raio de luz
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
757000
4000
e toda aquela cavitação a espalhar-se
pela superfície do caracol.
pela superfície do caracol.
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
É, de facto, uma imagem fantástica,
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
filmada com uma lentidão extrema.
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
Aqui, vemo-la de uma forma
ligeiramente diferente.
ligeiramente diferente.
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
A bolha a formar-se e a rebentar
entre as duas superfícies,
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
Até podem ter visto uma certa cavitação
subindo pela extremidade do membro.
subindo pela extremidade do membro.
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
Para resolver este dilema
dos dois picos de forças:
dos dois picos de forças:
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
penso que se passa o seguinte:
o primeiro impacto é o membro
a atingir a célula de carga
a atingir a célula de carga
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
785000
3000
e o segundo impacto é o rebentamento
da bolha de cavitação.
da bolha de cavitação.
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
788000
2000
13:35
And these animals may very well be making use of
253
790000
3000
Estes animais podem estar a utilizar
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
793000
4000
não só a força e a energia
armazenada naquela mola especializada,
armazenada naquela mola especializada,
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
797000
4000
mas os extremos da dinâmica de fluidos.
Podem estar a usar a dinâmica de fluidos
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
801000
4000
como uma segunda força
para partir o caracol.
para partir o caracol.
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
805000
6000
Portanto, um fascinante golpe duplo,
por parte destes animais.
por parte destes animais.
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
811000
2000
Uma pergunta que me costumam fazer
depois desta palestra
depois desta palestra
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
813000
3000
— portanto, acho que vou já responder —
é: O que acontece ao animal?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
816000
3000
Porque, se ele anda a partir caracóis,
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
819000
3000
o pobre membro deve desintegrar-se
— o que acontece realmente.
— o que acontece realmente.
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
822000
3000
Esta é a parte esmagada
do calcanhar nas duas imagens.
do calcanhar nas duas imagens.
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
825000
2000
Está desgastado.
Eu reparei que o calcanhar
se desgastava até à carne.
se desgastava até à carne.
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
827000
2000
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
829000
3000
Mas uma das coisas convenientes
em ser um artrópode
em ser um artrópode
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
832000
3000
é que mudam de pele.
De três em três meses, estes animais
mudam de pele
mudam de pele
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
835000
5000
e criam um novo membro e não há problema.
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
840000
4000
É uma solução conveniente
para este problema em especial.
para este problema em especial.
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
269
844000
5000
Queria acabar com uma nota
um pouco louca.
um pouco louca.
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 isto seja
uma loucura para vocês.
uma loucura para vocês.
(Risos)
14:41
(Laughter)
272
856000
1000
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
273
857000
3000
A sela, ou seja, a mola em forma de sela,
14:45
has actually been well known to biologists for a long time,
274
860000
4000
há muito tempo
que é conhecida pelos biólogos
que é conhecida pelos biólogos
14:49
not as a spring but as a visual signal.
275
864000
4000
não como uma mola,
mas como um sinal visual.
mas como um sinal visual.
Há, de facto, um ponto
colorido espetacular
colorido espetacular
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
276
868000
2000
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.
de estomatópodes.
É muito interessante encontrar
origens evolutivas
origens evolutivas
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
278
876000
3000
de sinais visuais no que é
a sua mola, em todas as espécies.
a sua mola, em todas as espécies.
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
279
879000
6000
Penso que uma explicação para isso
15:10
And I think one explanation for this could be
280
885000
2000
15:12
going back to the molting phenomenon.
281
887000
2000
poderá estar ligada ao fenómeno
da mudança de pele.
da mudança de pele.
15:14
So these animals go into a molting period where they're
282
889000
3000
Estes animais entram
num período de mudança de pele
num período de mudança de pele
15:17
unable to strike -- their bodies become very soft.
283
892000
3000
em que não conseguem atacar
— o corpo torna-se muito mole.
— o corpo torna-se muito mole.
15:20
And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
284
895000
3000
São incapazes de atacar, senão
destroem-se a si mesmos.
destroem-se a si mesmos.
15:23
This is for real. And what they do is, up until that time period
285
898000
7000
Isto é real. Até chegar esse momento
em que não podem atacar,
em que não podem atacar,
15:30
when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
286
905000
3000
tornam-se muito desagradáveis e horríveis.
15:33
and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
287
908000
4000
atacam tudo o que veem,
não interessa quem ou o quê.
não interessa quem ou o quê.
No momento em que deixam
de poder atacar, mostram um sinal.
de poder atacar, mostram um sinal.
15:37
And the second they get into that time point when they can't strike any more,
288
912000
4000
15:41
they just signal. They wave their legs around.
289
916000
3000
Agitam as pernas.
15:44
And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
290
919000
4000
É um dos exemplos clássicos
do comportamento animal de fazer "bluff".
do comportamento animal de fazer "bluff".
15:48
It's a well-established fact of these animals
291
923000
2000
É um facto estabelecido
de que estes animais fazem "bluff".
de que estes animais fazem "bluff".
15:50
that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
292
925000
4000
Não podem atacar, mas fingem que podem.
15:54
And so I'm very curious about whether those colored dots
293
929000
2000
Sinto imensa curiosidade
em saber se estes pontos coloridos
em saber se estes pontos coloridos
15:56
in the center of the saddles are conveying some kind of information
294
931000
4000
no centro da sela transmitem
qualquer tipo de informações
qualquer tipo de informações
16:00
about their ability to strike, or their strike force,
295
935000
3000
quanto à sua capacidade de ataque
ou quanto à força do seu ataque
ou quanto à força do seu ataque
16:03
and something about the time period in the molting cycle.
296
938000
3000
e sobre o período de tempo
no ciclo de mudança da pele.
no ciclo de mudança da pele.
16:06
So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
297
941000
5000
É um pouco estranho
encontrar uma estrutura visual
encontrar uma estrutura visual
16:11
right in the middle of their spring.
298
946000
3000
mesmo no meio da sua mola.
16:14
So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
299
949000
5000
Para concluir, quero agradecer
aos meus dois colaboradores,
aos meus dois colaboradores,
16:19
Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
300
954000
3000
Wyatt Korff e Roy Caldwell
que trabalharam comigo nisto.
que trabalharam comigo nisto.
16:22
And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
301
957000
3000
E também ao Instituto Miller
da Basic Research in Science
da Basic Research in Science
16:25
which gave me three years of funding to just do science all the time,
302
960000
4000
que me deu três anos de financiamento
só para fazer ciência a tempo inteiro
só para fazer ciência a tempo inteiro
16:29
and for that I'm very grateful. Thank you very much.
303
964000
3000
e por isso estou-lhe imensamente grata.
Obrigada.
(Aplausos)
(Aplausos)
16:32
(Applause)
304
967000
1000
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