Houve algum momento ou problema concreto que tenha orientado o seu percurso científico? Como surgiu a paixão pela Engenharia Mecânica em particular?
Não tenho particular paixão pela engenharia mecânica. Na verdade, penso que podia ter seguido outras áreas como jornalismo, medicina ou arquitetura. O que gosto mesmo é do ambiente académico. Compreendi isso quando tive algumas entrevistas na indústria em que senti que o objetivo e o modo de trabalhar não eram alinhados com os meus interesses. O meu primeiro contacto com o ambiente académico foi um projeto europeu relacionado com fadiga de estruturas aeronáuticas durante a licenciatura e gostei muito da experiência. Na universidade posso investigar, ensinar, escrever artigos, viajar e apresentar o meu trabalho em conferências internacionais, conhecer pessoas com culturas e perspetivas diferentes, ter um horário muito flexível e poder trabalhar ao meu ritmo, etc. É disso que gosto mesmo. No início da minha carreira, os livros de David Lodge e Philip Roth, que andam muito à volta do mundo académico, ajudaram-me também a definir o meu caminho.
Os processos de ligação são, muitas vezes, invisíveis para um leigo, mas absolutamente determinantes para a segurança e durabilidade de estruturas. O que torna esta área particularmente desafiante, do ponto de vista científico?
Ligar estruturas e materiais quer dizer ligar coisas diferentes. Senão não precisariam de ligação. E ligar coisas diferentes é sempre um desafio. Até connosco: é preciso compatibilizar coisas que são diferentes. Diferentes na forma, no comportamento, na composição, etc. O outro desafio é que envolve áreas de conhecimento muito diferentes. Por exemplo, na área das ligações coladas, é preciso dominar química (o adesivo é um produto químico), física (propriedades da superfície), fluídos (o adesivo é aplicado no estado líquido), fabrico (como preencher a área a colar), sólidos (como vai a junta comportar-se depois de o adesivo endurecer), etc. É uma área pluridisciplinar. Mas é bom também porque podemos interagir com pessoas de diferentes ramos com métodos científicos muito diversos. Isso ajuda a ser um investigador mais completo.
A transição para uma mobilidade mais sustentável exige soluções multimaterial e novos métodos de ligação. Que avanços considera mais promissores neste domínio e que grandes desafios permanecem por resolver?
Mobilidade mais sustentável faz lembrar veículos elétricos. E quando se pensa em veículos elétricos, pensa-se em autonomia. Ter uma grande autonomia exige baterias eficientes e um peso do veículo leve. Consegue-se usando materiais mais leves como o alumínio ou plásticos reforçados com fibras, em combinação com o aço que continua a ser muito usado. Ora, isso gera desafios acrescidos em termos de materiais dissimilares. A soldadura normalmente usada para ligar o aço é mais difícil de implementar com alumínio, porque o alumínio perde muitas propriedades quando é fundido. Recorre-se, portanto, muito a processos de soldadura sem fusão do material, processos com deformação plástica como rebites e ligações coladas. Estima-se que, daqui a 5 anos, as ligações coladas serão o principal método de ligação num automóvel. Mas a tecnologia necessita ainda de algum amadurecimento em termos de durabilidade, com solicitações cíclicas em termos mecânicos, de temperatura e de humidade.
Depois de décadas a estudar como as estruturas se ligam (e, por vezes, falham), que princípios ou ideias considera fundamentais para testar e garantir fiabilidade?
Uma coisa é projetar uma estrutura para aguentar uma carga. Outra coisa é projetá-la para aguentar muitas cargas ao longo de muitos anos. É o problema da durabilidade. É muito difícil prever como a ligação se vai comportar a longo prazo. Idealmente, devíamos fazer ensaios na estrutura em condições reais. Por exemplo, testar um automóvel durante 10 ou 15 anos e ver o que acontece. Mas é óbvio que isso não é viável. Então fazem-se ensaios acelerados em condições muito severas e extrapola-se para situações mais suaves tipicamente encontradas na prática. Por outro lado, é importante também ter um plano B caso a estrutura falhe. A indústria aeronáutica recorre muito a esse método conhecido como fail-safe design
. Por exemplo ter uma dupla ligação com adesivo e rebite. Caso o adesivo falhe, ainda temos o rebite para aguentar a carga e evitar uma rotura catastrófica. Também é importante ter algum modo de monitorização da ligação que permita detetar o aparecimento de problemas, como por exemplo fendas, sem necessitar de destruir a ligação. Um dos métodos mais usados é ultrassons. Enviam-se ondas para a estrutura que são refletidas de modo diferente quando há uma descontinuidade na estrutura.
A deteção de adesão fraca é um dos desafios mais complexos nesta área. O que torna este problema tão difícil de resolver e que abordagens considera mais promissoras para o ultrapassar?
Acabei a última pergunta a falar de métodos não destrutivos como ultrassons; e de facto, detetar adesão fraca no âmbito das ligações coladas é quase missão impossível porque, justamente, existe continuidade entre a cola e o substrato a colar. É um dos grandes temas de investigação das ligações coladas. Curiosamente, a indústria aeronáutica foi pioneira no uso de ligações adesivas porque permite uma maior resistência devido a um melhor aproveitamento da área ligada. No entanto, essa mesma indústria continua muito cética quanto à sua utilização porque desconfia dos problemas de adesão fraca que não podem ser detetados. É por essa razão que os adesivos nunca são usados isoladamente numa ligação primária numa aeronave (se falha, o avião cai...). São sempre acompanhados de uma ligação adicional, ou seja, caso o adesivo falhe, existe sempre uma alternativa para a carga continuar a ser suportada. Existem alguns métodos promissores como inspeção laser, mas o dispositivo pode danificar a ligação se for mal doseado. Nós desenvolvemos, no grupo, um método promissor com vibração a alta frequência e tratamento dos dados com machine learning
, mas ainda precisa de ser validado à escala real.
Que papel prevê que o machine learning venha a ter na modelação avançada em engenharia nos próximos anos?
Machine learning e IA em geral é de facto uma ferramenta que pode mudar completamente a filosofia de projeto de juntas. Pode ser um game changer como se costuma dizer. Tradicionalmente, recorremos a conceitos físicos para compreender e prever o comportamento de estruturas. Nem sempre conseguimos resolver as equações gerada pelos modelos que idealizamos diretamente, recorrendo por isso a métodos aproximados de resolução como os elementos finitos, mas assentamos todo o processo em conceitos básicos da física. Machine learning
vem alterar completamente esse paradigma. É possível chegar a uma previsão, a um resultado, contornando todos os fundamentos teóricos. É uma espécie de curto-circuito que permite resolver muito mais rapidamente o mesmo problema. Desde que se tenha muitos dados para treinar o algoritmo de previsão, o algoritmo consegue, a seguir, resolver qualquer situação. Para uma indústria ultracompetitiva como a indústria automóvel, isso pode fazer toda a diferença para, por exemplo, reduzir o número de ligações e otimizar a sua localização.
Tem colaborado com grandes empresas industriais e liderado dezenas de projetos internacionais. Na sua opinião, onde é que a relação entre academia e indústria funciona melhor e onde continuam a existir fricções?
O nosso grupo começou por ser exclusivamente um grupo de investigação há 20 e tal anos. Não estávamos propriamente motivados em trabalhar com a indústria. A situação começou a mudar aos poucos, sobretudo porque a indústria nos foi contactando devido às nossas publicações. Compreenderam que havia conhecimento no grupo que podia ser transferido e usado para resolver problemas concretos. Atualmente, a nossa atividade está dividida entre investigação fundamental e consultoria para empresas. É muito reconfortante saber que o conhecimento que geramos é útil para a indústria e para a sociedade em geral. Temos tido experiências muito positivas. A investigação fundamental é financiada, em geral, por entidades públicas que escrutinam ao pormenor a nossa atividade. E com alguma razão, porque estamos a usar dinheiro público. Poder-se-ia pensar que as empresas ainda são mais rigorosas porque o aspeto económico é ainda mais premente mas, paradoxalmente, em geral temos mais liberdade com as empresas. Existem algumas exceções, mas de um modo geral são muito compreensivas e conseguimos atingir facilmente os objetivos. Até hoje nunca tivemos momentos de fricção com as empresas.
Para além da investigação, sempre procurou investir bastante na dimensão pedagógica do seu trabalho (desde a disponibilização aberta de conteúdos até ser uma voz muito ativa na inclusão e diversidade). Que mudanças e avanços gostaria de ver acontecer no ensino da engenharia?
Gostava de ver mais paixão no ensino. Com paixão vem tudo o resto. Transmitir conhecimento é a coisa mais nobre que existe. Sinto-me incrivelmente privilegiado por estar nesta posição. Sinto que tenho uma grande responsabilidade também. Por isso quero dar tudo de mim para que os estudantes aprendam o mais possível e com prazer. Quero que ensinar seja uma experiência positiva e não um aborrecimento. É um desafio hercúleo tendo em conta o nível de distração que existe na nossa sociedade, mas temos de estar preparados para tentar, pelo menos. Tentar novas abordagens, novos suportes didáticos, fazer sentir aos estudantes que queremos realmente o melhor para eles, transmitir paixão. Isso já é muito. E gostava de ver mais diversidade. A nossa sociedade tem pessoas de todos os tipos, mas na faculdade vejo o mesmo tipo de pessoas. Temos de criar mais mecanismos para ter uma universidade mais universal, mais inclusiva.
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