Como a Siemens treina robôs humanoides antes do mundo real

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Antes de trabalhar em uma fábrica real, robôs humanoides passam por milhões de simulações virtuais em ambientes digitais. Segundo a Siemens, os gêmeos digitais ajudam a reduzir falhas e preparar máquinas e fábricas para a chegada da IA física, mas não eliminam totalmente a imprevisibilidade do mundo real.

Todo robô humanoide que chega a uma fábrica já trabalhou milhões de turnos que nunca aconteceram. Tropeçou em caixas imaginárias, desviou de operários virtuais e deixou cair peças que só existem em código, tudo dentro de um computador, antes de encostar num equipamento de verdade. É a forma mais segura e barata de ensinar uma máquina a trabalhar. Mas, segundo quem vende essa tecnologia, ela tem um limite.

"Não existe uma maneira confiável de garantir que uma simulação será capaz de antecipar todas as situações que podem ocorrer em um chão de fábrica real", afirma Daniel Scuzzarello, vice-presidente da Siemens Digital Industries Software para a América do Sul, em entrevista à EXAME. "O objetivo não é afirmar que a imprevisibilidade foi eliminada, mas descobrir mais falhas virtualmente, reduzir as incertezas antes do comissionamento e criar um ciclo contínuo de aprendizado entre os mundos digital e físico", diz.

A Siemens aposta nos chamados gêmeos digitais, réplicas virtuais de fábricas, máquinas e robôs que combinam dados de engenharia, layouts, lógica de automação e simulações baseadas nas leis da física.

Nesse ambiente, um robô pode ser exposto a milhares ou milhões de variações de iluminação, posição de objetos, velocidade e movimentação de pessoas, algo que seria caro, lento ou perigoso reproduzir repetidamente com uma máquina real. É uma alternativa a métodos mais braçais de treinamento, como o da Figure AI, que paga pessoas para dobrar roupa e lavar louça para gerar dados, ou o das mais de 70 "escolas de robôs" que já funcionam na China.

Para o executivo, porém, a simulação é só a primeira camada — e um robô não deve trabalhar sem ela. "A IA física é treinada virtualmente, validada fisicamente e continuamente aprimorada por meio da conexão entre os dois mundos", diz.

Antes de operar, o sistema precisa ser testado com equipamentos reais em condições controladas, dentro de limites de segurança definidos e, quando necessário, com supervisão humana. Depois, as falhas e situações inesperadas voltam para o gêmeo digital, que melhora o modelo para as próximas rodadas.

A fábrica também precisa se preparar

A frase mais provocativa da entrevista inverte a pergunta que costuma dominar o debate sobre robôs humanoides, um mercado que já é tratado como a primeira nova categoria de trabalhador deste século. "A questão-chave não é apenas saber se o humanoide está pronto para a indústria, mas também se o ambiente industrial está pronto para o humanoide", afirma Scuzzarello.

Segundo ele, colocar um humanoide numa fábrica não significa simplesmente posicioná-lo no lugar de um trabalhador. "A própria fábrica precisa se tornar compreensível, navegável e segura para um sistema autônomo", diz.

Um espaço pensado para pessoas não serve automaticamente para uma máquina com forma humana: alcance, visibilidade, condições do piso, pontos de recarga, conectividade e áreas compartilhadas com funcionários precisam ser revistos. O robô também precisa conversar com máquinas antigas e com os sistemas de produção, em vez de virar mais uma tecnologia isolada no chão da fábrica.

A segurança é o ponto mais delicado. No ambiente virtual, engenheiros avaliam riscos de colisão, tempo de ciclo e interação com pessoas e equipamentos antes de qualquer instalação física.

Na operação real, a Siemens defende limites de velocidade, mecanismos de prevenção de colisões, sistemas de parada de emergência e supervisão humana.

Os exemplos citados pelo executivo mostram que a tecnologia já saiu do laboratório, mas que os humanoides ainda são exceção. Na fábrica de eletrônicos da própria Siemens em Erlangen, na Alemanha, o humanoide HMND 01 Alpha foi testado em tarefas autônomas de logística interna, ao lado dos sistemas de produção existentes.

O robô foi desenvolvido primeiro em simulação, com a plataforma de IA física da Nvidia, e a Siemens ficou responsável por conectá-lo à automação e aos sistemas de controle da fábrica. A escala desse mercado cresce rápido, sobretudo na China, onde já existe uma fábrica que produz um robô humanoide a cada 10 minutos.

O caso mais expressivo em números, no entanto, não envolve humanoides. A PepsiCo usa o Digital Twin Composer, da Siemens, com a plataforma Omniverse, da Nvidia, para reproduzir virtualmente máquinas, esteiras, rotas de paletes e movimentos dos operadores antes de mudar suas fábricas.

Na implementação inicial, segundo o executivo, a empresa aumentou em 20% o volume de produção, reduziu de 10% a 15% os investimentos em capital e identificou até 90% dos problemas potenciais antes de qualquer obra física. Fabricantes como a Comau, a Ingemat e a BenThor Automation usam a mesma lógica para testar linhas de montagem e programas de robôs antes da instalação.

Para Scuzzarello, empresas como essas ainda não usam humanoides, mas estão construindo a base de que eles vão precisar.

"A futura força de trabalho composta por humanoides dependerá dessa base digital", afirma.

É uma corrida em que o Brasil ainda aparece atrás, em um mercado que o CEO da chinesa Unitree acredita estar perto de viver seu "momento ChatGPT".

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Perguntas frequentes

Como robôs humanoides são treinados antes de chegar às fábricas? ＋

Robôs humanoides são treinados em ambientes virtuais usando simulações que reproduzem fábricas, máquinas, objetos e situações de trabalho. Nesses ambientes, eles podem testar milhões de cenários sem o custo ou o risco de repetir esses experimentos fisicamente.

O que é um gêmeo digital na indústria? ＋

Um gêmeo digital é uma réplica virtual de uma fábrica, máquina ou processo industrial. Ele combina dados de engenharia, automação, layouts e simulações físicas para prever comportamentos, testar mudanças e identificar problemas antes da implementação real.

Uma simulação consegue prever todos os problemas de um robô humanoide? ＋

Não. Segundo Daniel Scuzzarello, da Siemens, não existe uma forma confiável de garantir que uma simulação antecipe todas as situações possíveis em um ambiente industrial real. A tecnologia reduz incertezas, mas precisa ser combinada com testes físicos e aprendizado contínuo.

Por que a fábrica precisa se adaptar antes de receber robôs humanoides? ＋

Uma fábrica projetada para humanos não está automaticamente preparada para máquinas com formato humano. Segundo a Siemens, aspectos como alcance, visibilidade, piso, recarga, conectividade, segurança e integração com equipamentos antigos precisam ser ajustados para permitir operações autônomas.

Como a Siemens usa inteligência artificial e gêmeos digitais em robôs? ＋

A Siemens usa gêmeos digitais para treinar e validar sistemas de IA física antes da operação real. O robô é desenvolvido em simulação, testado fisicamente em condições controladas e depois as informações da operação retornam ao ambiente digital para aprimorar o modelo.

Quais empresas já usam gêmeos digitais na indústria? ＋

A PepsiCo utiliza o Digital Twin Composer, da Siemens, em conjunto com a plataforma Omniverse, da Nvidia, para simular máquinas, esteiras e processos industriais. Segundo a Siemens, a aplicação inicial aumentou em 20% o volume de produção, reduziu investimentos de capital entre 10% e 15% e identificou até 90% dos problemas potenciais antes de obras físicas.

Robôs humanoides já trabalham em fábricas reais? ＋

Sim, mas ainda em escala limitada. A Siemens cita o teste do humanoide HMND 01 Alpha em sua fábrica de Erlangen, na Alemanha, em tarefas de logística interna. A empresa afirma que a maior parte das aplicações atuais ainda está em fase de testes e integração.