Robótica e Fabricação Aditiva em 2023

Foi um grande ano para o avanço tecnológico, com descobertas feitas em computação quântica e 5G até AR/VR, grandes modelos de linguagem e inteligência artificial (IA). O cenário tecnológico foi mudado drasticamente por essas inovações revolucionárias.

Hoje, vamos abordar duas indústrias proeminentes, Robótica e Fabricação Aditiva, para ver para onde estamos nos dirigindo.

A robótica desfrutou de um 2023 particularmente empolgante com o surgimento de novas tecnologias, enquanto os desenvolvedores continuaram a expandir os limites do que os robôs podem fazer. Todos esses avanços no setor apontam para a robótica ser a tecnologia dominante no cenário tecnológico em constante mudança, à medida que revolucionam como trabalhamos, vivemos e nos divertimos, tornando-se uma parte essencial de nossas vidas.

Então há a fabricação aditiva (FA) ou fabricação de camadas aditivas (FCA), que trata de impressão 3D. É um processo controlado por computador para depositar materiais, geralmente em camadas, para criar objetos a partir de dados de modelo tridimensional.

Então, vamos ver os desenvolvimentos mais proeminentes feitos nessas duas indústrias em 2023!

Robôs Humanoides Lideram a Robótica 

Robótica é o campo que lida com a concepção, design, construção e uso de robôs para executar tarefas tipicamente realizadas por seres humanos. Aqui, robôs são máquinas operadas automaticamente que frequentemente realizam tarefas simples e repetitivas de forma independente.

Este ano, vimos vários robôs semelhantes a humanos, chamados robôs humanoides, ganhando destaque. Eles são chamados de humanoides porque se assemelham à forma do corpo humano e geralmente possuem tronco, cabeça, braços e duas pernas. Principalmente, esses robôs são construídos para interagir com ferramentas humanas e também são usados para inspeção e manutenção. As iterações mais recentes desses robôs podem falar, andar e trabalhar como humanos.

Alguns dos robôs humanoides populares incluem Nadine, da empresa japonesa Kokoro, que é um robô empático com personalidade, humor e emoções, que faz contato visual e devolve cumprimentos. Geminoid DK é outro humanoide ultra‑realista que se parece com um humano. Humanoid Junco Chihira foi criado pela Toshiba, trabalha em um centro de informações turísticas e possui capacidades de reconhecimento de fala. Depois há Jia Jia, que pode manter uma conversa normal com expressões faciais microbianas com a ajuda de algoritmos de geração de fala e tecnologias de reconhecimento facial.

Não podemos esquecer a Sophia, considerada o robô humanoide mais avançado. Lançada em 2016 e projetada pela Hanson Robotics, Sophia é a primeira cidadã‑robô do mundo e também a embaixadora de inovação robótica para o programa de desenvolvimento da ONU. Ela foi criada com o objetivo de tornar um robô capaz de adquirir habilidades sociais, sendo, portanto, incorporada com redes neurais e IA para reconhecer rostos humanos e entender seus gestos e emoções.

A agência espacial NASA também desenvolveu seu próprio robô humanoide chamado Valkyrie, que tem 1,88 m de altura e pesa 136 kg. Esse robô bípedo humanoide entrou agora nas fases finais de testes no Johnson Space Center da NASA, no Texas. O robô foi projetado para trabalhar em ambientes danificados ou degradados, ou seja, áreas atingidas por desastres naturais.

Robôs como o Valkyrie também podem operar no espaço um dia, com Shaun Azimi, líder da equipe de Robótica Dextrous da NASA, dizendo que no espaço, robôs humanoides poderiam potencialmente lidar com tarefas arriscadas para que os astronautas se concentrem na exploração e descoberta. Com isso, a ideia não é substituir as tripulações humanas, mas sim fazer com que robôs humanoides realizem o trabalho “chato, sujo e perigoso”, como limpar painéis solares ou inspecionar equipamentos com falhas enquanto os humanos se concentram em “atividades de nível superior”.

Para isso, a NASA fez parceria com empresas de robótica como a Apptronik, baseada no Texas, que está desenvolvendo o Apollo com capacidade de estar “online 22 horas por dia” para executar tarefas orientadas à cadeia de suprimentos em armazéns e fábricas e, no futuro, migrar para o varejo, entregas e, então, espaço. A Apptronik planeja começar a fornecer esses robôs às empresas no ano seguinte.

Além de tudo isso, outros robôs humanoides que surgiram este ano incluíram o Optimus da Tesla, o H1 da Unitree, o Phoenix de sexta geração da Sanctuary AI e o Figure 01 da Figure AI. Na verdade, a China anunciou recentemente seus planos de produzir em massa robôs humanoides até 2025. Enquanto isso, a Agility Robotics está construindo uma fábrica, “RoboFab”, para produzir até 10 000 robôs por ano. O gigante de comércio eletrônico Amazon também começou a conduzir os primeiros testes comerciais de um robô humanoide.

Boston Dynamics está fazendo um ótimo trabalho nesse espaço. Então vamos aprender sobre eles.

1. Boston Dynamics 

No mundo dos robôs humanoides, Boston Dynamics é o nome mais conhecido, que no início deste ano postou vídeos de seu robô Atlas correndo, pegando tábuas e jogando uma bolsa de ferramentas em um canteiro de obras simulado. Segundo o líder de controle do Atlas, Ben Stephens, ainda há um “caminho longo” para que robôs bípedes possam trabalhar ao lado de humanos de forma confiável, mas “este é o futuro da robótica”.

Fundada em 1992 como um spin‑off do MIT, Boston Dynamics é uma empresa de design de robótica que também desenvolve software para simulação humana e treinamento. A missão da empresa é conceber e criar robôs excepcionais que reduzam o perigo e os aspectos fisicamente difíceis do trabalho e enriqueçam a vida das pessoas. 

Seu robô humanoide Atlas, que define como “o robô humanoide mais dinâmico do mundo”, permite que a Boston Dynamics empurre os limites da mobilidade de corpo inteiro e da manipulação bimanual. Atlas é usado para explorar o potencial da forma humanoide e demonstra os esforços da empresa para desenvolver a próxima geração de robôs com mobilidade, percepção e inteligência.

IA para Interação Humano‑robô

Inteligência artificial, ou IA, que é a inteligência de máquinas ou softwares, testemunhou um progresso tremendo este ano para se tornar uma força motriz na transformação de muitas indústrias, incluindo a robótica. Por meio do aprendizado de máquina, a IA está permitindo que robôs aprendam e executem tarefas específicas. 

Técnicas de IA são realmente necessárias para que robôs possam entender o comportamento humano, gestos e linguagem corporal e expressar emoções. Pesquisadores estão usando técnicas como reconhecimento de emoções, reconhecimento de fala e modelos de linguagem preditiva não apenas para melhorar a comunicação dos robôs, mas também para interagir de maneira mais emocionalmente inteligente.

Os avanços em IA dão aos robôs capacidades cognitivas que antes não eram possíveis, tornando os robôs alimentados por IA indispensáveis em uma variedade de indústrias. Essa interseção entre robótica e IA também está gerando outras indústrias, com o mercado de IA e Robótica atualmente tendo um tamanho de pouco mais de US$ 15 bilhões e espera‑se que alcance US$ 36,78 bilhões até o final desta década. 

A IA está realmente sendo aplicada na robótica de várias maneiras, começando com aprendizado de máquina. Ao aprender com dados e experiências, essencial para tarefas que exigem reconhecimento de padrões, o desempenho dos robôs pode ser aprimorado. Os robôs também utilizam visão computacional alimentada por IA para analisar informações visuais, essencial para reconhecer objetos, pessoas e obstáculos que os ajudam a navegar. 

Algoritmos de IA ainda apoiam os robôs na formulação dos melhores caminhos para navegar em ambientes complexos, aprimorando sua destreza ao permitir controle preciso de braços e garras e decisões autônomas para se adaptar a situações dinâmicas sem necessidade de intervenção humana contínua. 

Integrar Processamento de Linguagem Natural (NLP) capacita os robôs a entender comandos humanos e respondê‑los melhor, aumentando seu valor nas interações humano‑robô e tornando‑os mais amigáveis. Nesse âmbito, o ChatGPT da OpenAI, a maior história em robótica, automação e IA este ano, sinalizou uma nova era na interação humano‑computador. 

ChatGPT é uma ferramenta de NLP impulsionada por tecnologia de IA que permite ter conversas semelhantes às humanas com um chatbot. Em questão de alguns meses, o ChatGPT ganhou 100 milhões de usuários, o que levou várias empresas a lançarem seus próprios programas de IA generativa. Outros Modelos de Linguagem de Grande Escala (LLMs) — que fazem IA generativa ou IA conversacional — incluem o Gemini LLM do Google, que alimenta o Bard, o Olympus da Amazon e o Llama 2 da Meta.

Esse desenvolvimento em IA generativa abriu novas possibilidades na indústria de robótica. Por exemplo, no início deste ano, a Microsoft aprimorou o ChatGPT para operar um braço robótico e navegar um drone aéreo. A empresa também anunciou planos de desenvolver robôs alimentados por GPT e usar IA generativa na criação de robôs. Simultaneamente, pesquisadores na Suíça e nos Países Baixos usaram insights do ChatGPT para desenvolver um robô colhedor de tomates. Depois há a Agility Robotics, que explorou o uso de LLMs para controlar seu robô de manipulação móvel, Digit.

Como vimos, a IA está ajudando a elevar as habilidades dos robôs, tornando‑os mais flexíveis, inteligentes e proficientes na execução de várias tarefas. Ela também está tornando possível que robôs reconheçam gestos humanos, compreendam intenções e respondam adequadamente, permitindo uma colaboração mais eficiente e segura entre humanos e robôs.

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2. Hanson Robotics

Esta empresa de IA e robótica cria máquinas socialmente inteligentes e está por trás da renomada Sophia, o Robô. A Hanson Robotics está envolvida em ciência dos materiais, robótica, pesquisa e desenvolvimento de IA e design experiencial para “dar vida aos robôs” não apenas como produtos úteis, mas também como personagens envolventes.

Em nov. 2023, a empresa de robótica com sede em Hong Kong desenvolveu o primeiro robô humanoide de IA do mundo, Mika, em colaboração com a empresa de estilo de vida de luxo Dictador. Mika juntou‑se à Dictador como sua CEO para ser “responsável pelo projeto Arthouse Spirits DAO e comunicação com a comunidade DAO” em nome da empresa. 

Isso não é tudo. Mika também recebeu o título de Professor Honorário durante a Inauguração da Universidade Collegium Humanum 2023/24 e fez um discurso destacando os avanços que ocorrem no campo da IA. David Hanson, CEO da Hanson Robotics, enfatizou a importância de “humanizar” a tecnologia de IA e que a IA precisa ser ensinada a “se importar com as pessoas”. 

Impressoras 3D Avançadas

Embora a primeira tecnologia de impressão 3D tenha sido inventada no início dos anos 1980, ela cresceu significativamente nos últimos anos, com seu tamanho de mercado global valendo $18.33 bln in 2022. Esse mercado está projetado para crescer para quase US$ 100 bi até 2032.

À medida que as empresas começaram a oferecer impressoras 3D de nível consumidor baratas na década de 2010, combinadas com o frenesi da mídia, gigantes como General Electric e Hewlett Packard entraram no espaço, e agora a indústria está vendo aplicações no mundo real em áreas como:

• Prototipagem e desenvolvimento de produtos
• Fabricação
• Médico
• Aeroespacial
• Construção
• Automotivo
• Educação
• Pesquisa e mais

Dessa forma, está disruptando mercados tradicionais para ajudar outras empresas a acelerar a finalização de designs, produzir mais e inovar mais rapidamente. 

No mundo da fabricação aditiva ou impressão 3D, as empresas estão trabalhando para melhorar o desempenho das impressoras 3D a fim de permitir processos e casos de uso específicos. Os avanços nesse campo estão reduzindo os requisitos de energia para processos de fabricação aditiva e melhorando o movimento das impressoras. Esses avanços levam à redução do custo da impressão 3D e ajudam a tecnologia a ganhar maior acessibilidade. 

Dada a popularidade das impressoras 3D e a inovação sendo o padrão na fabricação aditiva, muitas startups estão trabalhando para melhorar a tecnologia. Por exemplo, a startup finlandesa Brinter criou uma bioprinter modular para as indústrias médicas e de ciências da vida. Sua bioprinter suporta uma variedade de bio‑tintas e vem com luz UV embutida para fins de desinfecção, permitindo que pesquisadores imprimam órgãos, modelos de câncer e medicamentos personalizados. 

Nos EUA, a startup Verde Mantis desenvolveu uma impressora 3D de mesa que é fácil de usar e oferece modo plug‑and‑print. Essa impressora também possui uma câmera integrada, uma plataforma auto‑nivelante e um módulo Raspberry Pi.

Outros avanços em impressoras 3D incluem a tecnologia Hybrid PhotoSynthesis (HPS) que combina SLA (laser) e DLP para aproveitar sua resolução e velocidade, ajudando a alcançar melhores resultados na impressão 3D de resina. Além de avançar a própria impressora 3D, as empresas também estão desenvolvendo novos materiais. 

A UpNano é uma dessas empresas que criou o UpFlow para impressão micro 3D de dispositivos microfluídicos em sua impressora, permitindo que a startup de tecnologia médica Fertilis desenvolva um dispositivo de cultivo celular para o mercado de fertilização in vitro.

Automação, avanços em software, impressão 3D em metal e a ascensão da cadeia de suprimentos digital são outras tendências neste setor. Contudo, desafios permanecem na forma de dificuldade de escala, limitações tecnológicas e custo de equipamentos, materiais e pré‑ e pós‑processamento.

A impressão 3D finalmente está ganhando os holofotes depois de ficar nas sombras por muito tempo, o que, segundo seus defensores, pode eventualmente produzir em massa tudo, desde componentes de companhias aéreas até equipamentos médicos.

3. Stratasys

Fundada em 1989, a Stratasys é conhecida por produzir soluções para várias indústrias e se orgulha de seu fundador ter criado uma das primeiras impressoras 3D. A empresa de capital aberto tem uma capitalização de mercado de US$ 1 bilhão, com suas ações negociando a US$ 14,51, alta de 22,34 % este ano. A receita dos últimos 12 meses (TTM) é de 630,579 milhões, com EPS (TTM) de –1,61, P/E (TTM) de –9,03 e ROE (TTM) de –4,82 %.

Recentemente, a empresa recebeu uma oferta de aquisição não solicitada da Nano Dimension Ltd. por todas as ações que ainda não possui, a US$ 16,50 por ação em dinheiro, dando à empresa uma avaliação de US$ 1,1 bilhão. Isso ocorreu depois que a Stratasys encerrou a fusão proposta de US$ 1,8 bi com a Desktop Metal devido à maioria dos acionistas rejeitarem o acordo. A Nano Dimension possui cerca de 14 % das ações da empresa e fez múltiplas tentativas este ano para adquirir as ações restantes. 

Quanto ao mais recente impressor de Modelagem por Deposição de Fusão (FDM) da empresa, o F3300, projetado para escalabilidade, a Stratasys trabalhou com a ATI para construir um trocador de ferramenta personalizado que permite ao usuário implantar um dos quatro extrusores de cada vez. Ele oferece ao usuário mais flexibilidade em relação à redundância de extrusores, bem como a capacidade de imprimir múltiplas cores em uma única peça e incorporar duas resoluções diferentes. A empresa anunciou que a Toyota será sua primeira cliente a adquirir a nova impressora 3D Stratasys F3300. 

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Conclusão

O mundo está mudando em um ritmo rápido, e com isso, as empresas de fabricação aditiva continuam a desenvolver materiais personalizados e melhorar o desempenho das impressoras 3D, enquanto o mundo da robótica vê avanços que os tornam mais inteligentes e permitem que interajam com humanos de forma mais eficiente. 

Podemos esperar ver produtos ainda mais sofisticados no futuro, com os avanços em ambos os campos tendo o potencial de mudar muitas indústrias, proporcionar novas oportunidades de emprego e educação e melhorar nossas vidas diárias.