Como os pesquisadores estão trabalhando para aprimorar com segurança as capacidades dos robôs humanóides

Você pode não se lembrar, mas é provável que tenha sofrido algumas quedas durante a infância. Você não estava sozinho. Afinal, cair é uma consequência natural de aprender a engatinhar, andar, escalar e pular. Nosso equilíbrio, coordenação e habilidades motoras estão se desenvolvendo ao longo da primeira infância.

Mas também não demora muito para que essas habilidades – também conhecidas como inteligência física – se tornem uma segunda natureza para a maioria, incluindo ações enganosamente complexas, como caminhar, agarrar objetos e navegar por uma sala sem ter que pensar sobre isso.

“Como humanos, muitas vezes consideramos a nossa inteligência física garantida porque ela se torna muito automática quando ainda somos jovens”, disse Bowen Weng, roboticista e professor assistente de ciência da computação na Universidade Estadual de Iowa.

“Mas a verdade é que é notável. O fato de você não ter caído muito desde os 3 anos de idade é notável. Depois que os humanos dominam uma habilidade, a inteligência física necessária para executar essa habilidade se torna um processo de segundo plano, e nossas mentes ficam liberadas para se concentrar em outras tarefas.”

Para robôs humanóides, entretanto, a inteligência física é tudo menos automática ou fácil de aprender.

“Mesmo com avanços significativos na IA, o design físico e a adaptabilidade dos corpos dos robôs ainda são barreiras significativas ao desempenho no mundo real”, disse Weng.

“Os robôs lutam com a inteligência física porque exige adaptação a ambientes imprevisíveis, integração de feedback sensorial em tempo real e domínio de habilidades motoras complexas. Essas tarefas são amplamente intuitivas para humanos, mas notoriamente difíceis de replicar em máquinas.”

É por isso que Weng, juntamente com vários estudantes de pós-graduação em ciência da computação, estão trabalhando para desenvolver e testar novos métodos que possam ajudar a aprimorar a inteligência física e as capacidades dos robôs humanóides, ao mesmo tempo que priorizam o desenvolvimento de padrões de segurança que permitirão que robôs e humanos interajam com segurança.

O desafio da adaptação

Os robôs humanóides são projetados com um formato corporal que se assemelha à forma humana e são construídos para interagir com ambientes e ferramentas humanas. Eles podem ser usados ​​para diversos fins, incluindo auxiliar humanos em tarefas, conduzir pesquisas ou realizar trabalhos perigosos ou tediosos.

“Para ajudar a avançar a nossa sociedade e a humanidade, temos de fazer mais, fazer mais coisas e encontrar uma forma de realizar tudo com maior velocidade e eficiência”, disse Weng. “A automação é um passo para nos ajudar a alcançar esse objetivo, mas, ao mesmo tempo, é importante reconhecer certos medos que as pessoas possam ter e explicar por que os humanos não podem e não serão substituídos por robôs humanóides”.

O desafio, disse Weng, não é a substituição, mas a adaptação.

“Os robôs humanóides precisam dos humanos porque confiam em nós para design, treinamento, supervisão, orientação ética e contexto emocional”, disse ele. “Eles não conseguem replicar ou compreender essas funções por conta própria, então nossa disposição de adaptar e utilizar IA para apoiar estrategicamente e aumentar nossas próprias habilidades é realmente importante.”

Weng também observou que novos planos de carreira e empregos surgirão nas áreas de supervisão, ética, design e manutenção da IA ​​à medida que nos adaptamos à colaboração humano-IA.

“Essas serão novas oportunidades para aumentar nossa força de trabalho e economia”, disse ele.

Colaboração, não competição

No final de um corredor sinuoso no primeiro andar do Atanasoff Hall, no campus da Iowa State, há uma porta despretensiosa protegida com um teclado resistente e um pouco de mistério. Do outro lado está um espaço repleto de possibilidades de ponta: o laboratório de robótica de ciência da computação da ISU.

Atualmente, o laboratório abriga dois robôs humanóides com pernas altamente avançados, com o maior medindo cerca de 1,80 metro de altura e o menor atingindo aproximadamente a altura de uma criança de 10 anos, bem como um robô quadrúpede com atributos de cachorro e a constituição de um beagle.

É também onde Weng e sua equipe de estudantes pesquisadores podem frequentemente ser encontrados trabalhando com software de computador e controladores portáteis, muito parecidos com aqueles usados ​​em sistemas de videogame, para ajudar a aprimorar as capacidades físicas desses robôs. Isso inclui conduzir os robôs humanóides por meio de comandos para se levantarem de uma posição deitada, sentar, andar, virar-se, agitar os braços e apertar as mãos, e direcionar o robô quadrúpede semelhante a um cachorro para ficar de pé, sentar, pular, apertar as mãos e andar para frente, para trás e para os lados sob comando.

“Coisas que os humanos são capazes de fazer facilmente, um robô humanóide não é capaz de fazer isso”, disse Zaid Mahboob, estudante de doutorado em ciência da computação. “Minha motivação é ajudar a tornar esses robôs capazes de fazer mais dessas coisas com maior eficiência”.

Mahboob disse que o objetivo comum do grupo não é criar competição entre humanos e robôs humanóides, mas sim melhorar a precisão, exatidão e velocidade dos robôs para que possam colaborar de forma segura e eficaz com os humanos.

Liderando com segurança

Weng foi recentemente coautor do artigo “Repeatable and Reliable Efforts of Accelerated Risk Assessment in Robot Testing” disponível no site arXiv servidor de pré-impressão e apresentou suas descobertas durante a Conferência Internacional IEEE de 2025 sobre Robótica e Automação. O estudo teve como objetivo aprimorar as estruturas de testes acelerados existentes para robôs, propondo um novo algoritmo que seja repetível e confiável, ao mesmo tempo que avalia o risco de instabilidade de um robô devido a perturbações causadas por impactos frontais.

“É emocionante ver os robôs trabalhando”, disse Weng. “Mas, ao mesmo tempo, não há esforço suficiente para alcançar esses desenvolvimentos de forma responsável e segura.”

A pesquisa de Weng mostrou que o novo algoritmo funciona de forma confiável e com alta probabilidade, e que testes futuros com outros tipos de robôs são promissores. No entanto, mais medidas de segurança ainda são necessárias, disse ele.

“Esta pesquisa tem um impacto ‘indireto’ em direção a um robô mais seguro”, disse Weng. “Não fizemos nenhuma contribuição para melhorar as capacidades específicas do robô. Fizemos algo para melhorar as capacidades específicas do algoritmo de teste, que algum dia poderá ser usado contra os robôs.”

Um segundo estudo, “Avaliação Experimental de Robôs Quadrúpedes Comerciais: Estabilidade e Desempenho em Ambientes Não Inerciais”, de coautoria de Weng em colaboração com pesquisadores da Universidade de Massachusetts em Lowell e da Universidade Purdue, descobriu que, embora os quadrúpedes mostrassem capacidades aguçadas, os desafios com o posicionamento preciso do corpo durante movimentos agressivos do solo permanecem. O trabalho está publicado no Jornal Internacional de Robótica Inteligente e Aplicações.

“Os robôs móveis que apresentam estruturas com membros – especialmente pernas – estão se tornando cada vez mais relevantes devido à sua versatilidade e adaptabilidade em muitos ambientes e aplicações diferentes”, disse Weng, observando que os sistemas robóticos com pernas têm se mostrado promissores em aplicações como missões de busca e resgate, assistência médica, fabricação, resposta a desastres e soluções de mobilidade aprimoradas.

Weng disse que o novo projeto de pesquisa contribuirá para melhorar a confiabilidade e a eficácia dos sistemas robóticos com pernas, avançando os padrões de avaliação e promovendo a transparência em relação às capacidades – e limitações – desses sistemas.

“A transparência é vital para promover a confiança pública, melhorar a segurança e ajudar-nos a ter discussões significativas sobre a implantação prática e o uso responsável de robôs”, disse Weng.

Mantendo isso real

Entre os estudantes de pós-graduação que trabalham com Weng, ter a oportunidade de realizar pesquisas usando robôs reais é frequentemente citado como um ponto-chave na decisão de vir para o estado de Iowa.

“A maioria dos laboratórios de robótica está interessada apenas em simulação e esse tipo de coisa, mas no laboratório (do estado de Iowa), estamos conduzindo experimentos reais usando robôs reais para obter dados reais”, disse Yuija Chen, estudante de doutorado em ciência da computação.

Dylan Khor, estudante do segundo ano de mestrado em ciência da computação, disse que também ficou motivado pela oportunidade de trabalhar em estreita colaboração com Weng.

“Primeiro fiz o curso (do Dr. Weng) sobre introdução ao aprendizado de máquina e gostei muito da maneira como ele deu o curso”, disse Khor. “Ele trouxe muita energia e conhecimento para o assunto, e a aula foi muito interativa. Então, quando decidi que queria fazer pesquisa em robótica, entrei em contato com ele imediatamente e aqui estou. Foi uma experiência maravilhosa.”

Embora o foco de Weng seja o desenvolvimento de medidas de segurança padronizadas para robôs, ele também encontra grande propósito, prazer e inspiração em ajudar a orientar os alunos em suas pesquisas. Além de trabalhar com estudantes de pós-graduação, Weng lidera diversas equipes de graduação em ciência da computação em trabalhos de programação com robôs com pernas e braços robóticos.

Weng disse que espera que as oportunidades de pesquisa continuem a crescer quando o novo laboratório de educação robótica estiver totalmente instalado e funcionando no nível inferior de Durham Hall. Este laboratório educativo, com conclusão prevista para o corrente ano letivo, já inclui oito braços robóticos para fins de investigação e ensino.

Perspectivas de adoção

Weng disse que os robôs humanóides ainda enfrentam alguns obstáculos importantes para a adoção generalizada, incluindo altos custos unitários e de desenvolvimento, falta de padronização, lacunas de infraestrutura e casos de uso limitados, e há desafios sociais e éticos que também precisam ser abordados.

No entanto, Weng disse que estes desafios e barreiras de crescimento também tornam a investigação contínua para melhorar a segurança e a eficácia dos robôs ainda mais importante.

“O resultado final é que você precisa confiar nele”, disse Weng, “e o caminho para provar a confiabilidade dos robôs humanóides é por meio de pesquisas lideradas por humanos”.