Não mais ficção científica: máquinas humanas – O que robôs humanoides podem fazer melhor do que qualquer outra máquina

Mais do que apenas IA: O grande problema que ainda está retardando o triunfo dos robôs humanoides

Antes considerados ficção científica, eles agora estão entrando nas fábricas do mundo real: uma nova era de automação está surgindo, impulsionada por robôs humanoides que não operam mais como máquinas especializadas em áreas protegidas, mas como assistentes versáteis ao nosso lado. Essa mudança de paradigma é possível graças à convergência de duas megatendências: avanços revolucionários em inteligência artificial, que permitem que robôs aprendam por meio da observação, e tecnologias altamente sofisticadas de sensores e atuadores, que lhes conferem movimentos semelhantes aos humanos.

Embora gigantes automotivas como BMW e Mercedes-Benz, bem como empresas globais de logística, já estejam lançando projetos-piloto iniciais para automatizar tarefas monótonas e fisicamente exigentes, o caminho para a adoção em massa ainda está pavimentado com obstáculos consideráveis. A vida útil limitada das baterias, problemas de segurança não resolvidos e custos de aquisição ainda altos estão desacelerando a implantação generalizada. No entanto, as previsões são gigantescas, e uma corrida global entre os EUA e a China pela supremacia tecnológica já está a todo vapor. Estamos no início de uma revolução que terá um impacto duradouro em nosso mundo do trabalho e na sociedade, ou isso é apenas um exagero com problemas iniciais não resolvidos? Esta visão geral lança luz sobre o estado da arte atual, os maiores desafios e as visões de longo alcance por trás da nova era da robótica.

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A nova era dos robôs: por que as máquinas humanoides podem moldar o futuro da automação

Estamos à beira de uma mudança de paradigma na robótica? Enquanto os robôs industriais tradicionais têm servido como máquinas de trabalho especializadas em áreas de produção restritas por décadas, uma nova geração de robôs humanoides está abrindo caminho para a força de trabalho humana. A questão não é mais se essas máquinas chegarão, mas com que rapidez elas prevalecerão e qual o papel que desempenharão em nosso futuro.

O que torna os robôs humanoides tão especiais?

O que distingue um robô humanoide de um robô industrial convencional? A resposta está em sua filosofia fundamental de design. Um robô humanoide possui uma estrutura corporal semelhante à humana, com dois braços, duas pernas e uma parte superior móvel. Essa configuração abre possibilidades inteiramente novas, permitindo que as máquinas operem em ambientes originalmente projetados para humanos.

A principal vantagem reside na sua adaptabilidade universal. Enquanto os robôs tradicionais são projetados especificamente para tarefas específicas e frequentemente exigem modificações profundas no ambiente de trabalho, os robôs humanoides podem, teoricamente, ser implantados em qualquer lugar onde os humanos trabalhem. Eles usam as mesmas portas, escadas e superfícies de trabalho, e operam as mesmas ferramentas e máquinas.

Quais avanços tecnológicos permitirão esse avanço?

Como décadas de pesquisa se tornaram repentinamente uma tecnologia pronta para o mercado? A resposta está na convergência de diversos desenvolvimentos tecnológicos. Por um lado, avanços em atuadores eletromecânicos e melhorias significativas na tecnologia de sensores criaram a base de hardware. Robôs humanoides modernos são equipados com sofisticados sistemas de câmeras, sensores lidar, microfones e sensores de força-torque. Sensores táteis permitem que eles detectem se estão em contato com objetos ou pessoas.

Por outro lado, a inteligência artificial tornou-se o facilitador mais importante para robôs humanoides. Avanços nesse campo foram alcançados mais rápido do que os especialistas esperavam. Modelos de IA generativa estão revolucionando as possibilidades de interação com robôs e podem ser a chave para fornecer aos robôs modelos de mundo que eles possam usar para navegar em seu ambiente.

Como grandes modelos de comportamento revolucionam o controle de robôs?

O que acontece quando os robôs não são mais programados, mas sim treinados? A Boston Dynamics está demonstrando uma abordagem completamente nova com seu robô Atlas: Modelos de Comportamento de Grande Porte (LBMs). Eles permitem que o robô aprenda tarefas complexas por meio da observação, em vez de ser programado detalhadamente para cada movimento.

A tecnologia funciona de forma semelhante aos modelos de linguagem: o Atlas pode aprender tanto tarefas simples de pegar e colocar quanto manipulações mais complexas, como amarrar uma corda, girar um banco de bar ou estender uma toalha de mesa. O que é particularmente notável é que essas tarefas seriam extremamente difíceis de implementar usando técnicas tradicionais de programação de robôs, pois envolvem geometrias deformáveis ​​e sequências de manipulação complexas.

Onde os robôs humanoides já trabalham hoje?

Quais empresas já utilizam robôs humanoides na prática? A lista de aplicações comerciais ainda é administrável, mas certamente impressionante. A Agility Robotics assumiu um papel pioneiro com seu robô Digit. A empresa assinou um contrato plurianual com a prestadora de serviços de logística GXO em meados de 2024. Os robôs Digit são utilizados em uma empresa têxtil, onde retiram caixas de prateleiras de transporte e as colocam em correias transportadoras.

A BMW vem testando robôs humanoides da empresa californiana Figure em sua fábrica em Spartanburg, Califórnia, há cerca de um ano. Os robôs da Figure 02 retiram peças de chapa metálica de uma prateleira de transporte e as colocam em um suporte. A Mercedes-Benz também está testando robôs humanoides da empresa texana Apptronik em seu Digital Factory Campus em Berlim e em unidades de produção. Os robôs Apollo ainda têm tarefas relativamente simples: transportar componentes ou módulos para a linha de produção ou realizar verificações iniciais de qualidade.

Por que os fabricantes de automóveis, em particular, são pioneiros?

O que torna a indústria automotiva um campo de testes ideal para robôs humanoides? A indústria enfrenta diversos desafios que os robôs humanoides podem enfrentar. Primeiro, há uma escassez aguda de trabalhadores qualificados, especialmente em áreas fisicamente exigentes. Segundo, os métodos de produção modernos exigem maior flexibilidade que os robôs tradicionais, instalados permanentemente, não podem oferecer.

Robôs humanoides oferecem uma vantagem decisiva nesse aspecto: podem ser integrados a linhas de produção existentes sem a necessidade de grandes modificações. Isso é particularmente valioso em situações de brownfield, onde instalações existentes precisam ser automatizadas. Sua forma semelhante à humana permite que os robôs usem as mesmas ferramentas e estações de trabalho que os trabalhadores humanos.

Quais desafios limitam seu uso?

Por que os robôs humanoides ainda não são amplamente utilizados? Os maiores obstáculos residem em diversas áreas críticas. O desempenho da bateria representa um desafio fundamental. Os robôs humanoides atuais têm uma duração de bateria de apenas 2 a 4 horas. Para uso prático, é necessária uma melhoria para pelo menos 4 a 5 horas com carregamento rápido em até uma hora.

O problema reside na intensidade energética do movimento ereto. Ficar em pé e caminhar de forma estável consome muita energia e requer enorme poder de processamento, o que consome uma quantidade correspondentemente grande de energia. Andar sobre duas pernas é menos eficiente do que rolar. Um robô humanoide com aproximadamente 80 kg e um volume corporal de 80 litros tem espaço limitado para baterias, considerando membros, motores, componentes eletrônicos e estruturais.

Quão complexa é a construção mecânica?

O que torna o design de articulações humanoides tão desafiador? Um ser humano possui 140 articulações reais, e com as chamadas articulações "falsas", como os discos intervertebrais, o número sobe para 212. Um robô humanoide, por outro lado, precisa se contentar com aproximadamente 48 a 68 articulações. Essa redução leva a comprometimentos na mobilidade e explica por que mesmo robôs avançados ainda parecem "rígidos nos quadris".

As demandas por tecnologia de articulações são extremas. Robôs humanoides exigem designs altamente compactos que integrem motores, engrenagens, acionamentos, codificadores e sensores em um único módulo. Ao mesmo tempo, devem oferecer baixo peso, baixo consumo de energia, baixa geração de calor e alta velocidade de resposta. Dependendo da posição no corpo, os requisitos variam consideravelmente: as articulações das pernas devem suportar grandes cargas e gerar altos torques, enquanto as articulações dos braços e punhos devem ser otimizadas para precisão e compacidade.

Quais são os riscos de segurança?

Por que a segurança é o maior obstáculo para a implantação em massa de robôs humanoides? Ao contrário dos robôs industriais tradicionais, que operam em espaços fechados, os robôs humanoides são projetados para trabalhar diretamente com humanos. Isso cria desafios de segurança totalmente novos.

Um problema crítico é o controle do equilíbrio. Quando um robô se move sobre duas pernas, um sistema de controle confiável deve garantir o equilíbrio. Se o sistema de controle falhar, o robô pode cair e ferir pessoas próximas. Robôs humanoides costumam ser grandes, pesados ​​e potentes. Sem as devidas precauções de segurança, eles podem ferir pessoas inadvertidamente por meio de colisões, esmagamentos ou quedas.

Para complicar ainda mais a situação, ainda não existem padrões de segurança estabelecidos para robôs móveis industriais dinamicamente estáveis. Embora a Organização Internacional para Padronização (ISO) tenha estabelecido um comitê para desenvolver regras de segurança, os padrões ainda estão em fase de desenvolvimento.

Quando os robôs humanoides se tornarão economicamente viáveis?

A que custo robôs humanoides se tornam uma alternativa comercialmente atraente? Os preços estão caindo drasticamente mais rápido do que o esperado. Atualmente, a maioria dos robôs humanoides custa entre US$ 200.000 e US$ 250.000. Jörg Burzer, membro do Conselho de Produção da Mercedes-Benz, é citado como tendo dito: "Os custos serão cruciais... se atingirem a casa dos dois dígitos, mil dólares — o que é absolutamente possível — as coisas ficarão muito interessantes."

Previsões otimistas apontam para custos significativamente menores. A consultoria alemã Nexery prevê um preço médio de venda de US$ 55.000 até 2030. O Morgan Stanley projeta que, até 2050, o preço médio de venda de um robô humanoide cairá para US$ 50.000, quase o equivalente ao custo de um ano de mão de obra humana em países de alta renda.

A análise de custos torna-se particularmente interessante quando se considera o tempo total de operação. Se um robô trabalha dois turnos de 8 horas por dia, um robô com preço de US$ 16.000 custa efetivamente menos de US$ 2,75 por hora, em termos de depreciação ajustada, ao longo de um período de três anos.

Quão grande o mercado pode se tornar?

Que dimensões econômicas a robótica humanoide poderia alcançar? As previsões variam consideravelmente, mas todas indicam um enorme potencial de crescimento. O Morgan Stanley estima que o mercado de robôs humanoides poderá atingir um volume de US$ 5 trilhões até 2050, incluindo cadeias de suprimentos e serviços de reparo, manutenção e suporte associados. Mais de 1 bilhão de robôs humanoides poderão estar em uso até 2050.

A previsão mais ambiciosa vem do CEO da Tesla, Elon Musk, que prevê que haverá dez bilhões de robôs humanoides no mundo até 2040 — mais do que os 9,2 bilhões de pessoas que a ONU prevê que viverão na Terra em 2040. No início de 2024, o Goldman Sachs previu um volume de mercado de US$ 28 bilhões até 2035 — seis vezes maior do que uma estimativa anterior.

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Quais países estão liderando o desenvolvimento?

Onde estão os centros de inovação em robótica humanoide? Observadores do mercado veem os EUA e a China como líderes claros nesse caminho. A Federação Internacional de Robótica lista 46 empresas em todo o mundo que desenvolveram robôs humanoides com pernas: oito na América do Norte, 21 na China e seis no Japão e na Coreia.

Na China, o governo estabeleceu metas claras para o desenvolvimento nesta área há anos e oferece apoio substancial ao setor. Nos EUA, enormes somas de capital de risco estão fluindo para startups de robótica. Há também um forte interesse em seu uso para fins militares e de segurança, o que levou a um financiamento significativo da DARPA e do Departamento de Defesa dos EUA.

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Qual o papel da Alemanha na robótica humanoide?

A Alemanha ainda consegue se recuperar na robótica humanoide? A única empresa alemã que alcançou destaque significativo neste campo é a Neura Robotics, com sede em Metzingen, perto de Stuttgart. Fundada em 2019, a empresa não se concentra principalmente em robôs humanoides, mas sim em "robôs cognitivos". Dos cinco robôs em seu programa, apenas um é humanoide.

O Centro Alemão de Pesquisa em Inteligência Artificial (DFKI) está trabalhando intensamente no futuro da robótica humanoide. O departamento de pesquisa em Sistemas de IA para Aprendizado de Robôs (SAIROL) desenvolve algoritmos de controle baseados em aprendizado para robôs humanoides. O Centro de Inovação em Robótica do DFKI em Bremen pesquisa métodos inovadores para controle seguro e autoaprendizagem de robôs.

Quais são as principais áreas de aplicação?

Em quais áreas os robôs humanoides serão usados ​​primeiro? As primeiras aplicações comerciais se concentrarão em logística e manufatura, áreas onde as tarefas são repetitivas e estruturadas. Mais de 90% dos robôs humanoides previstos para 2050 serão usados ​​para fins industriais e comerciais, com menos de 10% em residências.

Na manufatura, robôs humanoides podem executar uma ampla variedade de tarefas: controle de máquinas, carregamento de linhas de produção, transporte de peças entre estações de trabalho, trabalho de montagem, carregamento e descarregamento de máquinas, soldagem, parafusamento, polimento e retificação, colagem e distribuição, inspeção e controle de qualidade e trabalho de pintura.

Como a maneira de trabalhar muda de determinística para autônoma?

O que significa a mudança de paradigma da robótica determinística para a robótica autônoma? Enquanto os movimentos dos robôs tradicionais são programados nos mínimos detalhes, os robôs humanoides são projetados para perceber e analisar seu ambiente e, pelo menos dentro de certos limites, tomar decisões autônomas sobre suas ações.

Essa transformação não se limita a robôs humanoides, mas também pode ser aplicada a robôs estacionários ou sobre rodas. A IA é inicialmente independente do design e pode ser usada em diversas "encarnações". No entanto, os robôs humanoides oferecem vantagens únicas devido à sua versatilidade e adaptabilidade a ambientes humanos.

Que conceitos alternativos existem?

Duas pernas são sempre a melhor solução? Muitos desenvolvedores e usuários se perguntam se um robô com duas pernas é realmente a solução ideal ou se um com quatro pernas seria mais adequado. Robôs de quatro patas já estão em uso produtivo: o cão-robô "Spot", da Boston Dynamics, já circula pelas fábricas da Audi e da BMW há algum tempo, escaneando os equipamentos e criando gêmeos digitais de fábrica.

A Apptronik projetou seu robô Apollo de forma modular. Dependendo da aplicação, o cliente pode optar por ter o torso montado em uma base móvel com rodas ou em uma base fixa. Essa flexibilidade demonstra que nem todas as aplicações exigem um robô totalmente humanoide.

Quais indústrias serão transformadas primeiro?

Onde a transformação proporcionada pelos robôs humanoides será sentida mais rapidamente? O setor de logística está na vanguarda. A GXO Logistics, uma das maiores provedoras de serviços logísticos contratados do mundo, vê os robôs humanoides como uma solução potencial para a atual escassez de mão de obra e a demanda por automação adaptativa. Os robôs assumem tarefas repetitivas e fisicamente exigentes, liberando os trabalhadores humanos para se concentrarem em atividades mais seguras e criativas.

Na produção automotiva, BMW, Mercedes-Benz e outros fabricantes estão demonstrando como robôs humanoides podem ser integrados às iniciativas de iFactory existentes. Essa estratégia de produção digital visa aumentar a eficiência, a sustentabilidade e a flexibilidade na manufatura.

Quais são os impactos sociais de longo prazo?

Como os robôs humanoides mudarão o mundo do trabalho? Embora a automação possa potencialmente substituir 85 milhões de empregos até 2025, ela criará simultaneamente 97 milhões de novas funções, muitas delas relacionadas à gestão e manutenção de robôs. Na indústria, 2,1 milhões de empregos podem permanecer vagos até 2030, com manutenção e programação de robôs entre as habilidades mais procuradas.

Robôs humanoides estão transformando empregos em vez de simplesmente eliminá-los. Eles estão assumindo tarefas tipicamente perigosas, repetitivas e fisicamente exigentes, transferindo trabalhadores humanos para funções de maior valor, como programação de robôs, manutenção, otimização de processos e controle de qualidade.

Que questões éticas surgem?

Que considerações sociais e éticas devem ser levadas em conta? Uma questão fundamental reside no que as sociedades, em última análise, desejam "permitir" que a tecnologia faça e qual estrutura estabelecem para isso. A integração de robôs humanoides exige uma análise cuidadosa da segurança no emprego e da aceitação da força de trabalho.

O uso em residências e no cuidado de idosos é particularmente sensível. Considerações de segurança garantirão que robôs humanoides entrem nessas áreas apenas nos estágios finais de desenvolvimento. Um especialista é citado dizendo: "Enquanto não puderem provar que um robô humanoide nunca cairá sobre um bebê, ele também não funcionará em casa."

Como está se desenvolvendo a capacidade de produção?

Quando os robôs humanoides estarão disponíveis em maiores quantidades? Os primeiros fabricantes já estão finalizando os planos para a produção em série. A Figure anunciou planos para estabelecer uma unidade de produção de robôs onde produzirá robôs humanoides. No início da produção em série, a capacidade será de 12.000 robôs por ano.

A Apptronik firmou uma parceria com a fabricante terceirizada Jabil, sediada na Flórida, que agora produzirá os robôs Apollo em todo o mundo. A Tesla planeja metas de produção ambiciosas: planos internos para aproximadamente 10.000 unidades do Optimus devem ser concretizados em 2024, e a versão de produção 2, com capacidade de 10.000 unidades por mês, deve ser lançada em 2025.

O que determina o sucesso ou o fracasso?

Quais fatores determinarão a adoção generalizada de robôs humanoides? O sucesso depende da superação de diversos desafios críticos. Tecnicamente, avanços devem ser feitos em robustez, resiliência, fornecimento de energia, controle motor e inteligência artificial. Economicamente, os custos devem continuar caindo e os volumes de produção devem aumentar para alcançar economias de escala.

Normas regulatórias de segurança e marcos legais serão cruciais. É preciso criar aceitação social para a nova tecnologia. Grande parte do desenvolvimento ocorre dentro de empresas de tecnologia, envolvendo investimentos enormes que excedem em muito o investimento público. Isso leva à falta de transparência e dificulta avaliações realistas do progresso real.

Como os humanoides diferem dos robôs industriais tradicionais?

O que diferencia os robôs humanoides estruturalmente das soluções de automação convencionais? Os robôs industriais tradicionais são otimizados para tarefas específicas e operam com um número significativamente menor de articulações, o que os torna mais fáceis de controlar, mais rápidos e mais confiáveis. Portanto, eles continuarão a ser a espinha dorsal da automação para tarefas de produção que exigem alta velocidade e alta precisão.

Robôs humanoides, por outro lado, são generalistas. Sua força não reside na velocidade ou precisão em tarefas individuais, mas em sua versatilidade e adaptabilidade. Eles podem, teoricamente, executar qualquer tarefa que um humano possa executar, embora possivelmente mais lentamente ou com menos precisão. Essa flexibilidade os torna particularmente valiosos em ambientes dinâmicos, onde os requisitos mudam com frequência.

Quais avanços tecnológicos ainda estão pendentes?

Quais inovações poderiam trazer o avanço final? Baterias de estado sólido prometem maior densidade energética, maior segurança e maior vida útil em comparação com as baterias tradicionais de íons de lítio. Essa tecnologia poderia resolver o problema da densidade energética e permitir que robôs humanoides operem por períodos mais longos.

Na tecnologia de atuadores, novos conceitos de juntas estão sendo desenvolvidos, como o Archimedes Drive, que promete altos torques com design compacto e operação silenciosa. Avanços na ciência dos materiais podem permitir componentes mais leves e resistentes.

Quão realistas são as previsões otimistas?

As previsões de trilhões de dólares são realistas ou exageradas? Os especialistas estão divididos. Por um lado, os desafios técnicos além das demonstrações tecnológicas ainda são consideráveis. Por outro, os desenvolvimentos estão acelerando exponencialmente, impulsionados por enormes investimentos privados e pela competição entre gigantes da tecnologia.

Não se espera uma aplicação industrial mais ampla nos próximos cinco a dez anos. Maiores volumes de produção são necessários para reduzir custos. A introdução de robôs humanoides deverá ser relativamente lenta até meados da década de 2030, acelerando no final da década de 2030 e início da década de 2040.

O que isso significa para o futuro do trabalho?

Como a interação entre humanos e robôs evoluirá? O futuro não reside na substituição de trabalhadores humanos por robôs, mas na cooperação inteligente. Robôs humanoides complementarão as habilidades humanas, não as substituirão. Eles assumirão tarefas fisicamente exigentes, repetitivas ou perigosas, enquanto os humanos poderão se concentrar em atividades criativas, estratégicas e interpessoais.

Esse desenvolvimento exige investimentos maciços em reciclagem e educação continuada. Empresas que implementam robôs humanoides relatam um aumento médio de 35% nos custos de treinamento de funcionários. Novos perfis profissionais estão surgindo: instrutores e supervisores de robôs, especialistas em manutenção, projetistas de processos e solucionadores criativos de problemas.

A robótica humanoide está em um momento decisivo. Embora as bases técnicas tenham sido estabelecidas e as implantações comerciais iniciais demonstrem o que é possível, ainda há desafios significativos. O sucesso dependerá de a indústria encontrar o equilíbrio entre inovação técnica, viabilidade comercial, certeza regulatória e aceitação social. Os próximos cinco a dez anos serão cruciais para determinar se os robôs humanoides realmente dominarão os espaços humanos ou se permanecerão, por enquanto, como uma tecnologia de nicho.

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