Engenharia imersiva, cooperação colaborativa e o que isso tem a ver com o metaverso

Engenharia imersiva e trabalho colaborativo no metaverso industrial: uma simbiose transformadora

O mundo da produção industrial, com a Indústria 4.0 e o Metaverso Industrial, está na iminência de uma abordagem completamente nova para o desenvolvimento de produtos, impulsionada pela convergência da engenharia imersiva, métodos colaborativos avançados e tecnologias emergentes do metaverso. Embora o metaverso em geral — frequentemente associado ao entretenimento e às mídias sociais — ainda esteja buscando sua relevância econômica, uma área específica já está emergindo como um motor de inovação no mundo real: o metaverso industrial. Esse desenvolvimento promete nada menos que uma mudança de paradigma na forma como os produtos são projetados, desenvolvidos, fabricados e mantidos.

Este relatório esclarece os aspectos multifacetados dessa transformação e analisa as implicações tecnológicas, organizacionais e econômicas decorrentes da integração da engenharia imersiva e do trabalho colaborativo no metaverso industrial. Baseamo-nos em insights de iniciativas de pesquisa atuais e projetos industriais pioneiros para traçar um panorama abrangente das oportunidades e desafios que esse desenvolvimento apresenta.

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Fundamentos Tecnológicos da Engenharia Imersiva no Metaverso

O metaverso industrial é construído sobre um conjunto de tecnologias-chave que, em combinação, possibilitam uma dimensão completamente nova de desenvolvimento e fabricação de produtos. No centro dessa revolução tecnológica está a engenharia imersiva, que permite que engenheiros e designers mergulhem em ambientes virtuais e interativos e interajam com modelos e simulações digitais como se fossem reais.

Ecossistemas XR interconectados como base infraestrutural

Um pré-requisito fundamental para a concretização do metaverso industrial é a disponibilidade de ecossistemas de XR (Realidade Estendida, um termo abrangente que engloba Realidade Virtual, Realidade Aumentada e Realidade Mista) de alto desempenho e interconectados. Os headsets de realidade virtual tradicionais, embora já consolidados em muitos setores, frequentemente atingem seus limites em aplicações industriais exigentes. É aqui que entra o desenvolvimento de infraestruturas de XR avançadas que vão além dos simples dispositivos de visualização montados na cabeça.

Iniciativas como o INSTANCE do Fraunhofer IAO demonstram o caminho para o futuro. Nele, está sendo criada uma infraestrutura de hardware e software intersetorial, baseada em sistemas complexos. Em vez de headsets de realidade virtual, são utilizados projetores de alta resolução, arquiteturas gráficas poderosas em tempo real e sistemas de rastreamento precisos. Esses laboratórios de XR interconectados permitem que equipes em diferentes locais interajam simultaneamente e em tempo real com protótipos virtuais idênticos.

Um excelente exemplo desse desenvolvimento são os chamados ambientes CAVE (Cave Automatic Virtual Environments), como os utilizados no Centro de Engenharia Virtual. Essas salas utilizam projeções 4K de alto brilho para criar telas imersivas de 360° que envolvem completamente o usuário no mundo virtual. O rastreamento preciso captura os movimentos do usuário e permite uma interação intuitiva com o ambiente virtual, superando em muito as capacidades dos headsets de realidade virtual convencionais.

A vantagem desses ecossistemas de XR em rede reside na sua capacidade de representar ambientes virtuais altamente complexos, permitindo simultaneamente a colaboração entre equipes distribuídas. Engenheiros e designers podem ter a sensação de estarem trabalhando juntos em um protótipo físico, mesmo estando em locais diferentes. Isso não só acelera os processos de desenvolvimento, como também fomenta a criatividade e a inovação, já que as equipes podem trocar ideias e desenvolver soluções em conjunto com mais eficácia.

Hibridização de sistemas CAD/PLM e interfaces XR

Outro fator crítico de sucesso para a engenharia imersiva no metaverso industrial é a integração perfeita de ferramentas e sistemas de engenharia existentes em ambientes de trabalho virtuais. Em particular, a conexão bidirecional de sistemas CAD (Projeto Auxiliado por Computador) e PLM (Gerenciamento do Ciclo de Vida do Produto) com interfaces XR é de importância crucial.

Os sistemas CAD são essenciais para o desenvolvimento de produtos modernos. Eles são usados ​​para criar modelos 3D de componentes, conjuntos e produtos completos. Os sistemas PLM, por sua vez, gerenciam todo o ciclo de vida do produto, desde a concepção inicial, passando pelo desenvolvimento e fabricação, até a manutenção e o descarte. A integração desses sistemas no metaverso industrial possibilita a geração de protótipos virtuais diretamente a partir dos dados CAD e sua vinculação em tempo real com as informações do sistema PLM.

Um exemplo desse desenvolvimento é o NX Immersive Designer da Siemens, desenvolvido em colaboração com a Sony. Essa solução demonstra como os dados paramétricos de modelos 3D do sistema CAD NX podem ser transferidos perfeitamente para os óculos de realidade mista da Sony. A principal característica é a comunicação bidirecional: as alterações de projeto feitas no ambiente virtual são sincronizadas com o sistema PLM em tempo real.

Essa chamada abordagem de "circuito fechado" elimina interrupções de mídia e evita a necessidade de transferência manual de dados entre diferentes sistemas. Ela também permite o fornecimento de paletas de ferramentas sensíveis ao contexto no ambiente virtual. Isso significa que as ferramentas e funções disponíveis para o usuário no ambiente de XR se adaptam dinamicamente às tarefas de engenharia em andamento. Por exemplo, são necessárias ferramentas diferentes para uma revisão de projeto do que para o planejamento de montagem ou simulação de manutenção.

A hibridização de sistemas CAD/PLM e interfaces XR é, portanto, um passo crucial para tornar o metaverso industrial parte integrante do fluxo de trabalho de engenharia. Ela permite que engenheiros e projetistas continuem usando suas ferramentas e processos habituais em um ambiente imersivo e colaborativo, enquanto se beneficiam simultaneamente das vantagens da tecnologia XR.

Ambientes de simulação fisicamente precisos

Outro aspecto importante da engenharia imersiva no metaverso é a capacidade de realizar simulações fisicamente precisas em ambientes virtuais. Os avanços em áreas como motores de traçado de raios e simulações físicas tornam possível representar propriedades de materiais, comportamento de fluxo, tensões mecânicas e muitos outros fenômenos físicos em tempo real e com alta precisão.

Os motores de traçado de raios garantem uma representação realista de luz e sombras no ambiente virtual. Isso é importante não apenas para a imersão visual, mas também para avaliar aspectos de design como textura da superfície, reflexos e cores. As simulações físicas, por outro lado, permitem investigar o comportamento de objetos virtuais sob diversas condições. Por exemplo, os efeitos de forças e cargas sobre os componentes podem ser simulados, ou o comportamento do fluxo de líquidos e gases em sistemas complexos pode ser analisado.

O sistema AR3S da Holo-Lights exemplifica como simulações fisicamente precisas podem ser usadas em realidade aumentada. Nele, os resultados da análise de elementos finitos (FEA), um método para calcular tensões e deformações mecânicas, são sobrepostos diretamente como projeções holográficas em protótipos físicos. Isso permite que os engenheiros visualizem e avaliem os resultados da simulação imediatamente dentro do contexto do objeto real.

O NVIDIA Omniverse é outra plataforma que impulsiona esse desenvolvimento. O Omniverse permite simulações multifísicas aceleradas por GPU, que realizam cálculos significativamente mais rápido do que os sistemas tradicionais baseados em CPU. Isso leva a uma aceleração substancial dos ciclos de iteração no desenvolvimento de produtos. Os engenheiros podem simular e comparar diferentes variantes de projeto mais rapidamente, resultando em produtos otimizados e tempos de desenvolvimento mais curtos. Há relatos de que o uso dessas tecnologias pode reduzir os ciclos de iteração em até 40%.

Simulações fisicamente precisas no metaverso industrial oferecem, portanto, um enorme potencial para tornar o desenvolvimento de produtos mais eficiente e de maior qualidade. Elas permitem que os produtos sejam testados e otimizados virtualmente antes da necessidade de construção de protótipos físicos. Isso não só economiza tempo e custos, como também reduz o consumo de materiais, contribuindo assim para um desenvolvimento de produtos mais sustentável.

Modelos de trabalho colaborativo no metaverso industrial

O metaverso industrial não é apenas uma plataforma tecnológica, mas também um catalisador para novas formas de colaboração. As possibilidades imersivas e interativas do metaverso abrem perspectivas totalmente novas para a colaboração em equipe, independentemente de sua localização física.

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paradigmas de interação multimodal

Os sistemas de XR modernos dependem de paradigmas de interação multimodal para permitir a operação intuitiva e natural de ambientes virtuais. Em vez da entrada tradicional por teclado e mouse, vários métodos de entrada são combinados, incluindo controle por voz, reconhecimento de gestos e feedback háptico.

O controle por voz permite que os usuários emitam comandos e interajam com o ambiente virtual simplesmente falando. O reconhecimento de gestos captura os movimentos das mãos e do corpo e os traduz em ações no mundo virtual. O feedback háptico proporciona sensações táteis, por exemplo, por meio de motores de vibração em controles ou luvas especiais. Isso aumenta a imersão e possibilita uma interação mais precisa e natural com objetos virtuais.

A parceria entre a Siemens e a Sony demonstra a integração desses paradigmas de interação multimodal em aplicações industriais. Suas soluções de XR, por exemplo, utilizam controladores 6DoF (6 graus de liberdade), que permitem a manipulação precisa de conjuntos virtuais. 6DoF significa que os controladores podem detectar movimentos em seis graus de liberdade: para frente/para trás, esquerda/direita, para cima/para baixo e rotação em torno dos três eixos. Isso possibilita um controle altamente intuitivo e preciso dentro do ambiente virtual.

Além disso, sistemas de rastreamento ocular são integrados para capturar a direção e o foco do olhar dos usuários. O rastreamento ocular pode ser usado em diversas aplicações, como na análise da distribuição da atenção em equipes de design. Ao avaliar os dados do olhar, é possível determinar quais áreas de um protótipo virtual são visualizadas com maior intensidade e onde podem estar os potenciais problemas de design ou oportunidades de otimização.

A multimodalidade dos modernos sistemas de XR contribui significativamente para a redução do tempo de treinamento de novos usuários e para o aumento da aceitação da tecnologia. Relata-se que o tempo de treinamento pode ser reduzido em média em 60% em comparação com as interfaces de VR tradicionais. Isso é particularmente importante em ambientes industriais, onde um grande número de funcionários com diferentes formações e conhecimentos prévios frequentemente precisa trabalhar com os sistemas.

Colaboração assíncrona por meio de avatares com inteligência artificial

Outro desenvolvimento empolgante na área de modelos de trabalho colaborativo no metaverso industrial é o uso de inteligência artificial (IA) para dar suporte à colaboração assíncrona. Colaboração assíncrona significa que os membros da equipe não precisam trabalhar em um projeto simultaneamente e no mesmo local. Isso é particularmente relevante para equipes distribuídas globalmente e para projetos que abrangem diferentes fusos horários e horários de trabalho.

Avatares com inteligência artificial podem desempenhar um papel fundamental nesse contexto. São representações digitais de membros da equipe que podem atuar no ambiente virtual na ausência de pessoas reais. Esses avatares podem, por exemplo, registrar decisões, acompanhar tarefas e gerar recomendações de ação com base em dados históricos de interação.

A AVEVA, fornecedora de software industrial, está conduzindo pesquisas intensivas no desenvolvimento de avatares de IA. Seus estudos demonstram que esses avatares podem aumentar significativamente a consistência em projetos de desenvolvimento intercontinentais. Relata-se que aumentos de consistência de até 35% podem ser alcançados. Isso ocorre porque os avatares de IA conseguem superar barreiras culturais e temporais, por exemplo, documentando informações e decisões em um formato padronizado e tornando-as acessíveis a todos os membros da equipe, independentemente de sua localização ou fuso horário.

Os avatares de IA também podem ajudar a evitar a perda de conhecimento e garantir a continuidade do projeto. Se um membro da equipe sair ou sair de férias, seu avatar de IA pode continuar a executar tarefas e garantir que informações e decisões importantes não sejam perdidas.

É importante ressaltar que os avatares de IA não se destinam a substituir funcionários humanos. Em vez disso, eles servem como ferramentas de apoio que melhoram a eficiência e a eficácia da colaboração e permitem que as equipes trabalhem juntas com sucesso, mesmo em ambientes complexos e distribuídos.

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Bases de dados de conhecimento adaptáveis ​​ao contexto

Outro aspecto importante dos modelos de trabalho colaborativo no metaverso industrial é a integração de bases de dados de conhecimento adaptáveis ​​ao contexto. Projetos de engenharia complexos geram vastas quantidades de informação e dados, incluindo modelos CAD, fichas técnicas de materiais, normas, diretrizes, informações de projetos anteriores e muito mais. O desafio reside em disponibilizar essa informação aos colaboradores relevantes, no momento certo e no contexto adequado.

Grafos de conhecimento integrados podem oferecer uma solução nesse contexto. Grafos de conhecimento são redes semânticas que representam informações na forma de nós e arestas e descrevem as relações entre diferentes elementos de informação. No contexto do metaverso industrial, os grafos de conhecimento podem, por exemplo, conectar modelos CAD com normas, fichas técnicas de materiais e informações históricas de projetos.

A DXC Technology, uma empresa de serviços de TI, utiliza ambientes de metaverso para exibir esses dados contextualmente como sobreposições holográficas. Quando um engenheiro visualiza um componente específico no ambiente virtual, informações relevantes do grafo de conhecimento são exibidas automaticamente, como especificações de materiais, diretrizes de fabricação ou resultados de testes anteriores.

Foi relatado que o uso de bancos de dados de conhecimento adaptáveis ​​ao contexto pode reduzir a taxa de erros em revisões de projeto em até 28%. Isso ocorre porque os engenheiros podem acessar informações relevantes com mais rapidez e facilidade, permitindo-lhes tomar decisões mais bem fundamentadas.

Além disso, algoritmos de aprendizado de máquina podem ser usados ​​para analisar as interações do usuário no ambiente virtual e sugerir proativamente informações relevantes. Por exemplo, se um engenheiro busca frequentemente por normas específicas ou dados de materiais, o sistema pode trazer essas informações automaticamente para o primeiro plano ou até mesmo exibi-las proativamente antes mesmo que o usuário precise procurá-las.

Assim, as bases de dados de conhecimento adaptáveis ​​ao contexto no metaverso industrial ajudam a gerir a sobrecarga de informação e garantem que os engenheiros e projetistas tenham acesso à informação de que necessitam em todos os momentos, permitindo-lhes trabalhar de forma mais eficiente e sem erros.

Implicações econômicas e desenvolvimento de mercado

A integração da engenharia imersiva e do trabalho colaborativo no metaverso industrial não é apenas tecnologicamente empolgante, mas também promete vantagens econômicas significativas. O desenvolvimento do mercado nessa área é dinâmico e perspectivas de crescimento promissoras estão surgindo.

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Pesquisa de Mercado e Inovação: Por que o Metaverso está Transformando a Indústria

Empresas de pesquisa de mercado como a ABI Research preveem um crescimento impressionante para o mercado do metaverso industrial, projetando uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 32,05% até 2034. As empresas estão cada vez mais focadas em implementações enxutas com um retorno sobre o investimento (ROI) claro e de curto prazo.

Um estudo da Deloitte identifica três principais grupos de estratégias de investimento no metaverso industrial:

Gêmeos digitais

Aproximadamente 45% das empresas priorizam investimentos em gêmeos digitais. Gêmeos digitais são representações virtuais de objetos, processos ou sistemas físicos. Eles permitem que as empresas simulem, analisem e otimizem suas operações do mundo real no mundo virtual.

Ferramentas de colaboração baseadas em IA

Cerca de 30% das empresas dependem de ferramentas de colaboração baseadas em inteligência artificial. Essas ferramentas têm como objetivo aprimorar o trabalho em equipe, apoiar a gestão do conhecimento e otimizar os processos de tomada de decisão.

Ecossistemas XR próprios

Aproximadamente 25% das empresas estão desenvolvendo seus próprios ecossistemas de XR. Isso inclui a construção de sua própria infraestrutura de hardware e software para engenharia imersiva e aplicações colaborativas no metaverso.

A parceria entre a Siemens e a Sony exemplifica como alianças estratégicas podem reduzir os custos de desenvolvimento no metaverso industrial. Ao compartilhar tecnologia e aproveitar a expertise, as empresas podem reunir seus recursos e acelerar a inovação. Relata-se que essas parcerias reduzem os custos de desenvolvimento em até 40%.

Análise do Retorno sobre o Investimento (ROI)

Os investimentos em engenharia imersiva e tecnologias colaborativas no metaverso industrial trazem diversos benefícios para as empresas. Numerosos estudos e projetos industriais demonstram o retorno positivo sobre o investimento (ROI) dessas tecnologias.

Uma das principais vantagens é a redução de protótipos físicos e ciclos de teste por meio da prototipagem virtual. Ao utilizar simulações e modelos virtuais, os produtos podem ser exaustivamente testados e otimizados antes mesmo da construção de protótipos físicos. Relata-se que a prototipagem virtual reduz o número de ciclos de teste físico em uma média de 62%. Isso economiza não apenas custos com materiais, mas também tempo valioso de desenvolvimento.

Revisões multidisciplinares simultâneas em ambientes virtuais também contribuem para acelerar o desenvolvimento de produtos. A capacidade de equipes de diferentes disciplinas revisarem e discutirem protótipos virtuais simultaneamente e de forma colaborativa torna os processos de coordenação mais eficientes e as decisões mais rápidas. Há relatos de que essas revisões simultâneas podem reduzir o tempo de lançamento no mercado em até 35%.

O “Iguversum”, da Igus, fabricante de produtos plásticos, demonstra a economia potencial alcançada por meio de testes de automação virtualizados. A Igus utiliza ambientes virtuais para planejar, testar e otimizar sistemas de automação. Segundo relatos, a Igus obtém uma economia anual de € 780.000 com o uso do Iguversum, além de reduzir os custos com viagens em 89%.

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A Burckhardt Compression, fabricante de sistemas de compressores, utiliza realidade aumentada (RA) para a manutenção de seus equipamentos. Instruções de manutenção com suporte de RA e assistência remota permitem um trabalho de manutenção mais eficiente e eficaz. A Burckhardt Compression relatou ter alcançado um aumento de 43% na disponibilidade de seus equipamentos graças à manutenção com suporte de RA.

Esses exemplos demonstram que o retorno sobre o investimento (ROI) da engenharia imersiva e das tecnologias colaborativas no metaverso industrial é significativo em diversas áreas de aplicação e setores. Os benefícios variam desde economia de custos e tempo até melhorias na qualidade e aumento da disponibilidade da planta.

Novos modelos de negócios e cadeias de valor

O desenvolvimento do metaverso industrial não só leva a ganhos de eficiência e redução de custos nos modelos de negócios existentes, como também abre caminho para modelos de negócios e cadeias de valor completamente novos.

Um exemplo disso são as plataformas Metaverso como Serviço (Metaverse-as-a-Service), que oferecem acesso a recursos de simulação de alta qualidade com pagamento por uso. O acesso a softwares e hardwares de simulação caros pode ser um grande obstáculo, especialmente para pequenas e médias empresas (PMEs). As plataformas Metaverso como Serviço permitem que essas empresas utilizem recursos de simulação de forma econômica e sob demanda, sem a necessidade de grandes investimentos iniciais.

O "XR now" da Holo-Light é um exemplo de tal plataforma. O XR now oferece acesso a recursos de supercomputação com pagamento por uso para aplicações de XR. Relata-se que as empresas podem acessar recursos de supercomputação por apenas € 0,12 por hora de GPU. Isso tem um potencial disruptivo, principalmente para pequenas e médias empresas (PMEs), pois permite que até mesmo empresas menores realizem simulações complexas e se beneficiem das vantagens da engenharia imersiva.

Ao mesmo tempo, estão se desenvolvendo serviços de consultoria especializados para a integração da XR (Realidade Estendida) aos processos PLM (Gestão do Ciclo de Vida do Produto) existentes. A introdução de tecnologias de engenharia imersiva e metaverso nas empresas geralmente exige mudanças profundas em processos, estruturas e competências. As empresas de consultoria apoiam as empresas na gestão bem-sucedida dessa transformação. Prevê-se que o mercado para esses serviços de consultoria atinja um volume de € 12,4 bilhões até 2026.

O desenvolvimento do metaverso industrial cria, portanto, não apenas novas oportunidades para que as empresas aprimorem seus produtos e processos, mas também para que novas empresas desenvolvam serviços e modelos de negócios inovadores.

O futuro da colaboração: como o OpenXRT e o Blockchain estão moldando o metaverso industrial

Apesar do grande potencial do metaverso industrial, existem também desafios e fatores críticos de sucesso que as empresas devem considerar durante a implementação.

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Interoperabilidade e padronização

Um dos maiores desafios é a heterogeneidade dos formatos de XR e dos sistemas CAD. Existe uma infinidade de formatos de arquivo, protocolos de rastreamento e motores de física diferentes, que muitas vezes são incompatíveis entre si. Isso complica a troca de dados e a colaboração entre diferentes sistemas e plataformas.

Para enfrentar esse desafio, as iniciativas de padronização são cruciais. O Fraunhofer IAO, por exemplo, está trabalhando em um padrão “OpenXRT” que visa unificar formatos de arquivo, protocolos de rastreamento e motores de física. O objetivo é criar um padrão aberto e interoperável para tecnologias de XR em um contexto industrial.

Os testes iniciais com o padrão OpenXRT mostram resultados promissores. Os relatórios indicam que os tempos de conversão de dados podem ser reduzidos em até 70%, enquanto a precisão do modelo é aprimorada em 92%. Tal padrão simplificaria significativamente a troca de dados entre diferentes sistemas de XR e ferramentas de engenharia, aumentando assim a eficiência dos processos de desenvolvimento.

Segurança de dados em ambientes distribuídos

Outro aspecto importante é a segurança de dados em ambientes distribuídos. No metaverso industrial, dados sensíveis de projeto e informações de produção são frequentemente trocados entre diferentes locais e parceiros. Portanto, é crucial garantir que esses dados estejam protegidos contra acesso e manipulação não autorizados.

Soluções baseadas em blockchain, como o "Industrial Data Space" da Siemens, oferecem abordagens promissoras nessa área. O Industrial Data Space permite a troca segura e soberana de dados entre empresas. Ao utilizar a tecnologia blockchain e provas de conhecimento zero, garante que dados sensíveis só possam ser visualizados e utilizados por partes autorizadas, protegendo simultaneamente a privacidade.

Os tokens de dados criptografados permitem conceder direitos de acesso temporários a parceiros externos sem expor completamente o sistema PLM central. Isso é particularmente importante para a colaboração com fornecedores e prestadores de serviços que podem precisar de acesso a determinados dados apenas por um período limitado.

A segurança e a privacidade dos dados são, portanto, fatores-chave de sucesso para a aceitação e o uso do metaverso industrial nas empresas. Conceitos e tecnologias de segurança robustos são essenciais para conquistar a confiança das empresas nessas novas tecnologias e garantir a proteção de dados sensíveis.

Desenvolvimento de competências e gestão de mudanças

A introdução de tecnologias de engenharia imersiva e metaverso exige não apenas ajustes tecnológicos, mas também o desenvolvimento de habilidades abrangentes e uma gestão de mudanças eficaz. Os funcionários devem ser treinados para trabalhar com as novas tecnologias e preparados para as novas formas de trabalho.

A DXC Technology anuncia programas de treinamento de 200 horas especificamente desenvolvidos para atender às necessidades do metaverso industrial. Esses programas transmitem habilidades técnicas no uso de sistemas de XR e softwares de simulação, bem como habilidades interpessoais colaborativas essenciais para o trabalho em equipes virtuais.

Elementos de gamificação são utilizados nesses programas de treinamento para aumentar a motivação e o engajamento dos participantes. Há relatos de que a gamificação aumenta significativamente a taxa de conclusão dos programas de treinamento. Comparado ao treinamento tradicional, onde a taxa de conclusão geralmente gira em torno de 67%, os programas de treinamento com suporte de realidade virtual e elementos de gamificação atingem taxas de conclusão de até 89%.

Ao mesmo tempo, é importante institucionalizar a mudança cultural que acompanha a introdução do metaverso industrial. Um estudo do MLC (Manufacturing Leadership Council) mostra que 68% das empresas manufatureiras estão criando departamentos dedicados ao metaverso para moldar ativamente essa mudança cultural e impulsionar a integração de novas tecnologias.

O desenvolvimento de competências e a gestão da mudança são, portanto, fatores de sucesso cruciais para a implementação bem-sucedida do metaverso industrial. As empresas devem investir na formação e no aperfeiçoamento contínuo dos seus colaboradores e fomentar uma cultura empresarial que apoie a abertura à inovação e a novas formas de trabalho.

Computação quântica no metaverso industrial: Simulações do futuro

O desenvolvimento do metaverso industrial ainda está em seus estágios iniciais, e perspectivas futuras empolgantes e prioridades de pesquisa já estão surgindo, o que aumentará ainda mais o potencial dessas tecnologias.

Sistemas de XR neuroadaptativos

Uma área promissora de pesquisa são os sistemas de realidade estendida (XR) neuroadaptativos baseados em interfaces cérebro-computador (BCIs). As BCIs permitem a comunicação direta entre o cérebro humano e um computador. No contexto do metaverso industrial, as BCIs poderiam ser usadas para integrar sinais cognitivos diretamente nos processos de design e tornar a interação com ambientes virtuais ainda mais intuitiva e eficiente.

Os primeiros protótipos do Fraunhofer IAO já demonstram o potencial dos sistemas de XR neuroadaptativos. Esses sistemas leem dados de EEG (eletroencefalograma) para detectar níveis de estresse em reuniões virtuais e ajustar automaticamente o brilho ambiente. O objetivo é otimizar as condições de trabalho em ambientes virtuais e reduzir a carga cognitiva dos usuários.

A Sony está experimentando sistemas baseados em fMRI (ressonância magnética funcional) que capturam preferências de design inconscientes e as utilizam como entrada para sistemas de IA generativa. Com base nessas preferências, a IA generativa pode então gerar automaticamente sugestões de design, acelerando e aprimorando o processo de criação.

Os sistemas de realidade estendida neuroadaptativos têm o potencial de mudar fundamentalmente a forma como interagimos com ambientes virtuais e possibilitar novas formas de interação humano-computador. No entanto, é necessário muito mais pesquisa para levar essas tecnologias ao mercado e para abordar as questões éticas relacionadas ao uso de dados cerebrais.

Computação quântica para simulações em tempo real

Outra perspectiva futura promissora é o uso da computação quântica para simulações em tempo real no metaverso industrial. Os computadores quânticos utilizam os princípios da mecânica quântica para resolver certas tarefas computacionais significativamente mais rápido do que os computadores clássicos.

A combinação de simuladores quânticos com visualização em realidade estendida (XR) pode reduzir o tempo de cálculo para análises de fluxo complexas ou simulações de materiais de semanas para minutos. Isso aceleraria significativamente os ciclos de iteração no desenvolvimento de produtos e expandiria as possibilidades de testes e otimização virtuais.

Projetos de pesquisa na ETH Zurich estão demonstrando sucesso inicial na previsão quântica da fadiga de materiais. Os resultados dessas simulações podem ser visualizados como mapas holográficos de danos e usados ​​no metaverso industrial para testar virtualmente componentes quanto à sua vida útil e confiabilidade.

A computação quântica tem o potencial de revolucionar as tecnologias de simulação no metaverso industrial e abrir áreas de aplicação completamente novas. No entanto, a computação quântica ainda está em um estágio inicial de desenvolvimento e levará algum tempo até que essa tecnologia possa ser amplamente utilizada em aplicações industriais.

Potencial de sustentabilidade por meio de fábricas virtuais

O metaverso industrial também oferece um potencial significativo para a sustentabilidade. Os gêmeos digitais permitem o planejamento de instalações de produção com otimização energética já na fase de projeto. Ao simular diversos cenários de produção e fluxos de energia, as empresas podem otimizar o consumo energético de suas fábricas e conservar recursos.

A FREYR, fabricante de células de bateria, utiliza simulações de gigafábricas para reduzir o consumo de energia em suas instalações de produção. Segundo informações, a FREYR consegue reduzir o consumo de energia em 23% por meio do balanceamento virtual das linhas de produção.

Simulações logísticas baseadas em IA no metaverso industrial também podem contribuir para a melhoria da sustentabilidade das cadeias de suprimentos. Ao otimizar rotas de transporte e armazenagem, as empresas podem reduzir as emissões de CO2 em suas cadeias de suprimentos. Há relatos de que simulações logísticas baseadas em IA podem reduzir as emissões de CO2 na cadeia de suprimentos em uma média de 18%.

As fábricas virtuais no metaverso industrial permitem que as empresas planejem, simulem e otimizem processos de produção sem consumir recursos físicos. Isso contribui para uma produção mais sustentável e apoia as empresas em seus esforços para melhorar seu impacto ambiental.

Síntese e recomendações para ação

A análise demonstra que a engenharia imersiva no metaverso industrial não é uma visão futurista, mas sim uma alavanca operacional para inovações de importância crucial para a competitividade. Empresas que adotarem estrategicamente esse desenvolvimento poderão obter vantagens significativas e se posicionar na vanguarda de uma nova era da engenharia.

Isso leva às seguintes recomendações para os tomadores de decisão nas empresas:

Adote estratégias de implementação incremental

Comece com casos de uso claramente definidos que prometam um rápido retorno do investimento. Revisões de design virtuais ou manutenção com suporte de realidade aumentada são bons pontos de partida para adquirir experiência inicial e promover a aceitação dentro da empresa.

Estabelecer centros de competência interdisciplinares

Crie equipes que reúnam especialistas de TI, engenharia mecânica e ciência cognitiva. Essas equipes podem desenvolver soluções de XR centradas no usuário e adaptadas às necessidades específicas do negócio.

Priorizar ecossistemas abertos

Apoie-se em padrões abertos e arquiteturas modulares que garantam flexibilidade e adaptabilidade por meio de interfaces de API. Isso permite a rápida integração de novas gerações de tecnologia e evita a dependência de fornecedores específicos.

Implementar diretrizes éticas para a colaboração em IA

Desenvolver diretrizes claras para o uso de IA em ambientes colaborativos. A transparência nos processos de tomada de decisão algorítmica e a supervisão humana são essenciais para construir confiança e minimizar os riscos éticos.

Colaborativo, imersivo e transformador

O desenvolvimento do metaverso industrial dependerá significativamente da medida em que as tecnologias imersivas forem compreendidas não como ferramentas isoladas, mas como um componente integral de cadeias de valor interconectadas. As empresas que abordarem essa transformação estrategicamente e considerarem as recomendações mencionadas poderão explorar plenamente o potencial do metaverso industrial e garantir uma vantagem competitiva decisiva. O futuro da engenharia já começou e é imersivo, colaborativo e transformador.

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