Quatro tendências tecnológicas mudarão a robótica e as fábricas em sete anos

Há hoje mais 3,1 milhões de robôs trabalhando em fábricas — embalando mercadorias, montando produtos, monitorando a qualidade do ar e muito mais. “Há uma revolução robótica em andamento”, afirma Daniela Rus, roboticista e diretora do MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory, em seu novo livro, “The Heart and the Chip: Our Bright Future With Robots”, escrito em parceria com o escritor científico Gregory Mone. “Se essa revolução for conduzida de forma correta e inteligente, as máquinas inteligentes terão o potencial de melhorar a qualidade da vida humana de forma tão drástica quanto o arado”, escrevem.

Na opinião de Rus, os robôs podem dar “superpoderes” aos humanos. Levar nossa visão, audição, tato e até mesmo olfato a locais distantes e vivenciar esses lugares de uma forma mais visceral. As possibilidades são infinitas e infinitamente emocionantes. “O que escolhermos fazer com eles definirá o seu impacto e valor. E podemos escolher fazer coisas incríveis.”

O que a robótica realizou na última década é impressionante, mas o que estamos preparados para fazer nos próximos 20 anos é ainda mais emocionante, segundo Ros. Na verdade, estamos apenas começando. Hoje, robôs já podem ser construídos para realizar tarefas específicas repetidamente com uma precisão fenomenal. Mas mesmo os robôs mais avançados ainda não lidam tão bem com incertezas ou mudanças imprevistas. E isso tem muita a ver com as tecnologias usadas na sua construção:

• a robótica — que põe a computação em movimento ao dar a um sistema de computação um corpo físico e móvel. Imagine o seu smartphone com rodas, asas ou até mesmo uma mão.

• a inteligência artificial — que os capacita a tomar decisões em áreas muito específicas e focadas. Nesse momento, por exemplo, pesquisadores estão usando IA Generativa e outras técnicas para ensinar novas habilidades aos robôs — incluindo tarefas que eles poderiam realizar em residências.

Nos próximos anos, prevê-se que o setor de robôs se expanda dramaticamente. Até 2030, poderão existir milhões de robôs em operação em todo o mundo, substituindo milhões de empregos humanos, segundo algumas as previsões.

Principais tendências

Esses avanços tecnológicos citados acima, aliados às mudanças nas demandas industriais, têm levado grandes fornecedores a enxergarem quatro tendências principais que redefinirão os recursos e as funções dos robôs na fabricação nos próximos seis a sete anos.

1. Robótica autônoma alimentada por IA: O rápido avanço das tecnologias de IA, como aprendizado de máquina e visão de máquina, tem o potencial de revolucionar a robótica. Um ótimo exemplo é o SIMATIC Robot Pick AI da Siemens, um software de visão de aprendizagem profunda pré-treinado que simplifica a seleção de peças para robôs tradicionais, eliminando a necessidade de um software específico para a tarefa. A adaptabilidade com base em IA também ajudará os cobots a se tornarem mais conscientes de seus ambientes, tornando-os cada vez mais competitivos em muitos setores.

2. Parceria homem-robô: Com os avanços nos elementos mecatrônicos inteligentes e no hardware e software de controle de movimento, os robôs colaborativos e os exoesqueletos podem melhorar as capacidades físicas dos trabalhadores humanos e aliviar a tensão. Além disso, tecnologias avançadas de IA e sensores permitirão que os robôs colaborem genuinamente com os humanos e até aprendam com eles.

3. Interfaces intuitivas e centradas no ser humano: Os avanços no processamento de linguagem natural e no aprendizado de máquina estão transformando a execução de comandos por robôs, aprimorando ainda mais a colaboração. Inspiradas em grandes modelos de linguagem, as futuras interfaces apresentarão entradas intuitivas e de conversação que simplificam as tarefas de programação. Inovações de IA generativa, como o Industrial Copilot, permitirão que engenheiros e trabalhadores de chão de fábrica interajam com robôs por meio de codificação e linguagem natural, tornando os sistemas robóticos mais acessíveis e fáceis de integrar às operações diárias.

4. Treinamento e operação virtuais de sistemas robóticos: Os gêmeos digitais, a conectividade avançada, a virtualização e a automação definida por software podem transformar o treinamento e as operações robóticas. Essas tecnologias possibilitam simulações virtuais, permitindo que os robôs sejam refinados e treinados digitalmente, o que reduz os custos e os riscos antes da implantação no mundo real. A automação definida por software garante a adaptabilidade por meio de atualizações dinâmicas. A operação remota a partir de salas de controle virtuais e centralizadas melhora o gerenciamento global de recursos e a segurança, principalmente em ambientes perigosos. Olhando para o futuro, o metaverso industrial oferece o potencial para uma interação ainda mais imersiva com sistemas robóticos, representando a convergência definitiva desses avanços.

Na opinião da Siemens, essas tendências preveem um futuro em que os sistemas robóticos não serão apenas mais autônomos, mas também perfeitamente integrados às operações industriais. Entretanto, essa convergência se manifestará de forma diferente entre os setores e seus processos específicos, dependendo do nível atual de automação.

Os domínios industriais que já são altamente automatizados atualmente verão uma maior otimização e flexibilidade, por exemplo, por meio da automação definida por software, enquanto os domínios que ainda estão nos estágios iniciais – geralmente devido à inflexibilidade dos sistemas atuais ou aos recursos táteis limitados da robótica atual – estão prontos para uma evolução mais acentuada. Com o tempo, isso provavelmente levará a uma situação em que todos os setores convergirão para um nível semelhante de automação avançada.

Esses desenvolvimentos e o surgimento de sistemas robóticos avançados e autônomos, juntamente com a inovação composta em campos como Realidade Estendida (XR), IA e gêmeos digitais, terão impactos de longo alcance. Embora a previsão do futuro exato continue sendo um desafio – como sempre – vários cenários destacam o potencial dessas tecnologias para transformar tudo, desde as operações diárias no chão de fábrica até a viabilização de estratégias de negócios ágeis e inovadoras e a revolução das cadeias de suprimentos globais.

1. Seu novo melhor amigo: robôs companheiros no chão de fábrica – Imagine entrar em uma fábrica onde cada trabalhador tem seu próprio ajudante robótico. Essas não são máquinas desajeitadas e pré-programadas – estamos falando de robôs inteligentes e autônomos projetados para complementar as habilidades humanas perfeitamente. Veja como isso poderia ser:

• Robôs navegam pelo chão de fábrica de forma independente, entregando peças e ferramentas exatamente quando são necessárias.
• Sistemas de visão com tecnologia de IA ajudam robôs a identificar e recuperar os itens exatos necessários para cada tarefa. Em áreas perigosas como soldagem ou processamento químico, por exemplo, robôs lidarão com o trabalho arriscado enquanto humanos supervisionarão e tomarão decisões críticas.

Mas não para por aí. Com sistemas de realidade aumentada (RA), o suporte especializado pode ser transmitido de qualquer lugar do mundo. Um trabalhador encontra um problema complicado e, em minutos, um especialista do outro lado do globo vê exatamente o que ele vê e oferece orientação em tempo real como se estivesse ali na fábrica. “Essa tecnologia nos permite implantar expertise instantaneamente, em qualquer lugar do mundo”, diz Maria Chen, Diretora de Inovação da TechManufacture Solutions. “É como ter uma equipe de especialistas globais de plantão 24 horas por dia, 7 dias por semana.”

2. A automação da automação: fábricas auto-otimizadas – Imagine também fábricas onde sistemas robóticos avançados não apenas gerenciam a produção, mas evoluem constantemente e melhoram seus próprios processos. A Siemens chama isso de “automação da automação”, e está definido para revolucionar indústrias como a reciclagem de baterias.

Principais características dessas fábricas auto-otimizadas são:

• Robôs desmontando eficientemente baterias usadas, tornando o processo mais rápido, seguro e sustentável.
• O metaverso industrial fornecendo um ambiente virtual para simular e aperfeiçoar processos antes da implementação no mundo real.
• A automação definida por software permiteindo que robôs atualizem seus próprios processos em tempo real, adaptando-se a novos tipos de produtos sem intervenção humana. Um nível de automação que não apenas aumenta a eficiência, mas pode remodelar a fabricação global.

Ao automatizar tarefas complexas, podemos aproximar a produção dos mercados finais, reduzindo a dependência de cadeias de suprimentos distantes e permitindo uma fabricação mais rápida e responsiva.

3. Gestão ciberfísica: onde o digital encontra o físico – No nível estratégico, a robótica avançada atua como o músculo inteligente, traduzindo insights de sistemas digitais em ações do mundo real. É aqui que as coisas ficam realmente interessantes. Imagine um cenário onde:

• Um gêmeo digital detecta uma falha no processo da linha de montagem.
• Instantaneamente, o sistema de gerenciamento integrado atualiza a programação dos sistemas robóticos para corrigir o problema.
• O sistema também pode ajustar autonomamente pedidos de material ou mudar prioridades de produção com base em dados de mercado em tempo real.

“A integração perfeita de sensores, IoT, computação em nuvem e robótica está criando um novo paradigma na gestão de fabricação”, explica o Dr. Alex Wong, professor de engenharia industrial na Tech University. “Não se trata mais apenas de executar tarefas – trata-se de criar sistemas de produção verdadeiramente adaptáveis ​​e responsivos.”

4. A ascensão de ecossistemas de fabricação localizados e flexíveis – Finalmente, vamos dar um zoom e olhar para o quadro geral. A combinação de robótica autônoma e redes de comunicação avançadas está permitindo uma mudança em direção à produção descentralizada e localizada. Isso pode ter impactos de longo alcance no comércio e na economia globais. Como?

• Fábricas locais transformando rapidamente designs digitais em produtos físicos, personalizados para preferências locais. – A fabricação sob demanda reduz a sobrecarga logística e o impacto ambiental.
• A dependência reduzida de cadeias de suprimentos globais complexas aumenta a resiliência e se alinha com os esforços de redução de carbono.

“Essa mudança em direção à ‘glocalização’ da produção pode promover o crescimento econômico e a inovação tecnológica em diversas regiões”, observa Samantha Lee, economista-chefe da Global Manufacturing Insights. “Mas também ressalta a necessidade de programas abrangentes de treinamento e qualificação da força de trabalho em todo o mundo.”

Um sistema de produção flexível e automatizado (até mesmo autônomo) é o Santo Graal para muitos fabricantes que desejam superar simultaneamente os desafios da crescente complexidade do produto e obter maior personalização. A capacidade de mudar rapidamente a produção de um produto para outro será uma característica definidora das empresas no caminho para tamanhos de lote únicos e para os produtos altamente personalizáveis ​​de amanhã. A automação flexível é considerada o elemento-chave para atender às necessidades do indústria manufatureira de amanhã.

No centro dessa abordagem está a capacidade dos sistemas robóticos de interagir em tempo real com uma rede de gêmeos digitais e sensores de IoT. Essa conectividade permite que os robôs transformem insights digitais em ações imediatas no chão de fábrica, otimizando as operações de forma dinâmica com base em dados preditivos e em tempo real. Isso também inclui ambientes de desenvolvimento modernos para que você possa criar rapidamente novas soluções de automação.

Os processos de robótica avançada foram projetados como pilares para a futura plataforma digital, fornecendo valores essenciais como validação integrada para IA, análise de dados usando IIoT, comissionamento virtual com sistemas de automação e uma interface de programação de aplicativos (API) aberta para personalização quase infinita.

Comparados com robôs convencionais, robôs avançados têm percepção, integrabilidade, adaptabilidade e mobilidade superiores. Essas melhorias permitem configuração, comissionamento e reconfiguração mais rápidos, bem como operações mais eficientes e estáveis. O custo desse equipamento sofisticado diminuirá à medida que os preços dos sensores e do poder de computação diminuírem, e à medida que o software substituir cada vez mais o hardware como o principal impulsionador da funcionalidade. Tomadas em conjunto, essas melhorias significam que robôs avançados serão capazes de executar muitas tarefas de forma mais econômica do que a geração anterior de sistemas automatizados.

Tem mais: aprimorar estruturas e processos de planta com tecnologias digitais pode aumentar a produtividade e a flexibilidade tanto na fábrica quanto na cadeia de suprimentos, permitindo que os produtores se ajustem rapidamente às mudanças nas necessidades dos clientes.

Mas, atenção! À medida que a robótica assumir funções mais avançadas, o desenvolvimento de programas de treinamento abrangentes e parcerias com instituições de ensino será fundamental para a capacitação dos funcionários. Para preparar a força de trabalho não apenas para operar sistemas robóticos avançados, mas também para se envolver em processos de resolução de problemas e tomada de decisões de nível superior.