Desde a revolução industrial, os processos de fabricação têm evoluído continuamente em alinhamento com os avanços tecnológicos. Inovações recentes, particularmente no campo da robótica, impressão 3D e aprendizado de máquina, podem em breve facilitar mais mudanças, potencialmente estabelecendo uma nova geração de padrões da indústria.

Pesquisadores do Intelligent Robotics Laboratory da Skoltech apresentaram recentemente sua visão para a futura geração da indústria, que eles apelidaram de Industry 6.0. Sua visão, delineada em um artigo postado no servidor de pré-impressão arXiv , foi testada em uma demonstração inicial usando sistemas computacionais e robóticos reais.

"Fomos inspirados por nossas recentes conquistas em IA generativa e sua aplicação em Robótica", disse Dzmitry Tsetserukou, autor supervisor do estudo, à Tech Xplore. "Este ano, desenvolvemos vários sistemas inovadores, onde o GenAI ajudou a resolver os problemas que antes exigiam muitos recursos de codificação humana. Isso me fez repensar o entendimento clássico de como as coisas são fabricadas, o que resultou no conceito da Indústria 6.0."

Enquanto muitos associam o termo " revolução industrial " com a primeira revolução industrial, que foi marcada pelo advento da máquina a vapor, houve vários outros marcos marcando outras revoluções na indústria. A segunda revolução industrial, que ocorreu entre 1870 e 1914, foi alimentada pela descoberta da eletricidade e da síntese química de novos materiais, o que levou à introdução de linhas de montagem e produção em massa.

A terceira revolução industrial, por outro lado, foi agora delineada como tendo ocorrido entre as décadas de 1960 e 2000, com o desenvolvimento dos primeiros computadores, robôs, dispositivos eletrônicos e, eventualmente, a internet. Esses avanços abriram novas possibilidades para a comunicação e permitiram a automação de várias tarefas dentro de ambientes industriais.

"A Quarta Revolução Industrial, ou Indústria 4.0. É o conceito proposto pelo Fundador e Presidente do Fórum Econômico Mundial, Professor Klaus Schwab em 2016", disse Tsetserukou. "Em poucas palavras, a Indústria 4.0 afirma a favor da manufatura inteligente. Existem quatro tipos fundamentais de tecnologias disruptivas para torná-la possível: IoT (conectividade de robôs, 5G, gêmeos digitais), inteligência ( aprendizado de máquina ), robôs móveis autônomos (AMR) e manufatura aditiva (impressoras 3D, etc.)."

Teóricos acreditam que agora começamos a mudar para uma quinta geração da Indústria (ou seja, Indústria 5.0), na qual humanos e máquinas estarão colaborando de perto dentro do mesmo ambiente. Esta nova fase está associada ao desenvolvimento de robôs colaborativos, gêmeos digitais , técnicas de aprendizado profundo e outras ferramentas recentemente desenvolvidas que aprimoram a cooperação entre usuários humanos e máquinas.

Embora se espere que máquinas e ferramentas computacionais desempenhem um papel maior neste estágio, tarefas cognitivamente exigentes e de tomada de decisão ainda devem ser executadas por especialistas humanos. Na ciência da computação, essa inclusão de humanos em tarefas é chamada de "human-in-the-loop".

"A Indústria 6.0, o conceito que estou propondo, alavanca a IA generativa e um enxame de robôs heterogêneos, onde o humano está fora do circuito", explicou Tsetserukou. "Todos os estágios, começando do projeto do blueprint (modelo CAD) até a montagem, são feitos de forma autônoma.

Essencialmente, Tsetserukou prevê uma força de trabalho hierárquica baseada em máquinas, na qual os modelos GenAI da nuvem orientam as estratégias gerais executadas por outros modelos computacionais e sistemas robóticos. O artigo descreve suas ideias para o futuro da indústria, ao mesmo tempo em que enfatiza sua robustez e sustentabilidade. No cenário totalmente automatizado que ele descreve, os itens fabricados são analisados ??em cada etapa do processo de fabricação, incluindo montagem e teste de produto.

"Quando algum mau funcionamento é identificado, o Cloud GenAI encontra o local em que ocorreu e a razão disso. Os agentes de IA supervisionarão os procedimentos de reparo e manutenção do equipamento. Eles também serão responsáveis ??pela avaliação da qualidade do produto, fornecendo feedback sobre o desempenho do produto, discutindo com o usuário se suas expectativas foram atendidas", disse Tsetserukou.

"Os 'trabalhadores' principais nas fábricas de nova geração são enxames de robôs cognitivos heterogêneos. Robôs industriais, colaborativos, móveis, humanoides, drones, juntamente com máquinas CNC e impressoras 3D acionadas por IA estão se unindo para atingir a fabricação ótima e rápida do produto projetado."

Em seu artigo, Tsetserukou também prevê a invenção de um chamado transportador voador. Ele sugere que, em vez de serem montados horizontalmente em tampos de mesa ou transportadores industriais comuns, os produtos poderiam ser fabricados verticalmente e transportados para diferentes estações por equipes de robôs voadores.

"Quando Henry Ford inventou a correia transportadora para montagem, ela revolucionou a produção em massa", explicou Tsetserukou. "Também levou ao layout horizontal das fábricas. Eu propus uma correia transportadora voadora onde a entrega de componentes pode ser feita em qualquer direção por um enxame de drones autônomos. Ela pode potencialmente levar a processos mais otimizados, como o layout vertical das fábricas, assemelhando-se à agricultura vertical. Os drones podem se unir a robôs móveis autônomos para lidar com uma ampla gama de cargas úteis."

Na visão de Tsetserukou, robôs voadores entregariam itens a uma célula robótica. Nessa célula, eles seriam processados ??mecanicamente, depois seriam trazidos de volta ao solo, onde passariam por verificações de qualidade e, finalmente, seriam armazenados.

"A Indústria 6.0 alavanca Digital Twins controlados por GenAI (fábrica de IA virtual)", disse Tsetserukou. "Treinamos robôs em um mundo digital e transferimos o aprendizado para um mundo real (Sim-To-Real). A Indústria 6.0 também sugere que cada robô cognitivo pode ensinar outros robôs físicos e virtuais (Real-to-Sim-to-Real) e compartilhar conjuntos de dados coletados."

Além de delinear seu conceito para a Indústria 6.0, Tsetserukou realizou uma demonstração inicial de sua tecnologia subjacente, que foi desenvolvida por 11 pesquisadores no Laboratório ISR liderados pelo aluno de doutorado Artem Lykov, Dr. Miguel Altamirano Cabrera e pelo aluno de doutorado Mikhail Konenkov.

"No cenário, um humano dá o comando para projetar e fabricar uma pinça robótica. O LLM gera o código Python executável para obter a geometria plana do objeto", disse Tsetserukou. "No próximo estágio, a IA gera um script STL 3D para componentes da pinça e o envia para uma impressora 3D. Assim que os componentes são impressos, o arquivo com suas posições e instruções para montagem é gerado. O robô colaborativo UR10 com pinça Robotiq agarra a alça de uma placa de metal com componentes da impressora 3D e a carrega no drone."

Os pesquisadores introduziram materiais magnéticos tanto nos drones quanto na impressora 3D, pois isso permitiu que eles destacassem a placa de metal quando necessário. Usando essa placa, o drone poderia entregar componentes para uma célula de montagem robótica, onde dois braços robóticos UR3 os manipulavam, criando, por fim, o produto final. Notavelmente, a árvore de comportamento de todos esses co-bots foi planejada por um modelo GenAI.

"Medimos o tempo necessário para que engenheiros de CAD construíssem o desenho e o tempo gasto em cada estágio do processo por humanos e pela Indústria 6.0", disse Tsetserukou. "Surpreendentemente, alcançamos uma tremenda vantagem com um fator médio de melhoria de 4,4. A GenAI gerou designs CAD 3D 47 vezes mais rápido do que seus equivalentes humanos, concluindo a tarefa em 30 segundos."

Em sua demonstração inicial, os pesquisadores também descobriram que drones também poderiam entregar e montar itens mais rápido do que agentes humanos. Como os sistemas robóticos e as ferramentas computacionais ainda estão melhorando, nos próximos anos esses tempos observados poderão ser reduzidos ainda mais.

"Além do robótico gripper, a GenAI projetou com sucesso um moedor de café, copos, tesouras e até mesmo um corpo de quadricóptero", disse Tsetserukou. "Isso não significa que o design é perfeito e ótimo, mas prova que a GenAI tem um forte potencial para aprender como entregar um design de alta qualidade no futuro. Assim, podemos alcançar um produto personalizado e único para cada usuário em vez de produção em massa."

O artigo recente desta equipe de pesquisadores oferece uma possível previsão para o futuro da indústria na qual os humanos não estão mais envolvidos na fabricação real de produtos. Tetserukou e seus colegas estão agora conduzindo estudos adicionais explorando o papel que as tecnologias emergentes podem eventualmente desempenhar em processos industriais.

"Se ampliarmos a ideia, podemos imaginar que as fábricas da Indústria 6.0 colaborarão entre si, criando e atualizando um conjunto de dados global, ao mesmo tempo em que compartilharão as arquiteturas de rede neural mais bem-sucedidas para tarefas específicas, a fim de manter uma plataforma para arquiteturas GenAI personalizadas para a indústria", acrescentou Tsetserukou.

"Nossa pesquisa futura será dedicada à otimização de processos orientada por IA na Indústria 6.0, permitindo a fabricação de produtos mais sofisticados. Os modelos VLM e LMM mais avançados serão incorporados para melhorar a capacidade cognitiva do enxame robótico heterogêneo, para que eles possam operar em um ambiente dinâmico e desorganizado."