Resumo gerado por IA: O pedido de IPO da Unitree Technology na ChiNext foi aprovado; robôs apareceram no Festival da Primavera, passando de girar lenços a realizar cambalhotas e artes marciais; robôs fabricados por empresas de celulares quebraram o recorde humano de meia-maratona. O artigo analisa detalhadamente os quatro sistemas principais de hardware dos robôs: estrutura, articulações, sensores e sistemas elétricos e de computação. Os materiais da estrutura evoluíram do aço para ligas de alumínio, magnésio e titânio, exigindo equilíbrio entre leveza e resistência ao impacto; os atuadores, que representam cerca de 51% do custo total, são divididos em atuadores rotativos e lineares, contendo componentes precisos como redutores, motores, parafusos de esferas e codificadores; os sensores incluem IMU, câmeras, LiDAR e sistemas táteis; os chips adotam uma arquitetura “cérebro + cerebelo”. O artigo destaca que, embora a sobreposição com as cadeias de suprimentos de celulares e automóveis exceda 80%, os verdadeiros desafios residem na integração em nível de sistema, no equilíbrio de engenharia e na consistência em escala de produção; a maturidade da cadeia de suprimentos é um fator crucial para a evolução dos robôs.

Autor e fonte do artigo: 36氪

O dilema físico dos robôs humanoides

Em 1º de junho, o pedido de IPO da Unitree Technology na ChiNext foi aprovado pelo Comitê de Revisão de Listagem da Bolsa de Valores de Xangai. E pouco tempo atrás, a Unitree lançou seu primeiro robô mecha tripulado. Ainda estamos tão longe da implementação real de robôs?

No Ano Novo Chinês do ano passado, os robôs ainda estavam girando lenços e dançando yangge; este ano, já avançaram diretamente para cambalhotas e artes marciais de alta dificuldade. Hoje, até robôs fabricados por fabricantes de celulares conseguem quebrar recordes humanos em cavalos de armar. Por que a evolução dos próprios robôs nos últimos dois anos foi tão rápida?

Para compreender melhor a evolução ontológica dos robôs, visitamos algumas das principais empresas de robótica e conversamos com profissionais do setor: quais são os desafios reais na fabricação de robôs? A barreira de entrada para a fabricação de robôs é realmente baixa? E qual é realmente o diferencial competitivo das empresas de robótica?

Neste artigo, desmontaremos detalhadamente cada componente do robô; acredite que, após ler completamente, você também será capaz de montar seu próprio robô.

01 Material da estrutura: equilíbrio entre leveza e resistência ao impacto

Os robôs possuem uma grande variedade de componentes de hardware, que podemos classificar grosseiramente em quatro sistemas: a estrutura que sustenta todo o corpo, as articulações que movem essa estrutura, os sensores que percebem o ambiente e os sistemas elétricos e computacionais que comandam o corpo. Vamos começar pela estrutura.

Se um carro a 60 km/h colidir com um manequim, a força do impacto fará o manequim ser lançado para longe e se espatifar. Para robôs humanóides, suportar esse tipo de impacto já se tornou “cotidiano”.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Cada vez que o robô realiza uma cambalhota e toca o solo, a aceleração suportada em seu corpo é de dezenas de g, possivelmente até maior do que a de automóveis e naves espaciais, aproximando-se da aceleração de um carro colidindo contra uma parede.

Isso apresenta um desafio para os materiais da estrutura do robô: para realizar uma cambalhota, o corpo precisa ser suficientemente leve, mas também suficientemente resistente para suportar essa grande força de impacto; caso contrário, uma cambalhota poderia fazer as peças se soltarem. Portanto, o primeiro desafio do robô é explorar materiais para o esqueleto.

O primeiro robô em escala total do mundo, o WABOT-1, era principalmente feito de aço e pesava cerca de 160 kg; provavelmente, ao pular, deixaria uma cratera no chão, sem falar em fazer cambalhotas.

Posteriormente, desde o ASIMO da Honda, o Atlas inicial da Boston Dynamics com hidráulica, até o primeiro Tesla Optimus, a liga de alumínio tornou-se a principal escolha, com densidade apenas um terço da do aço.

A indústria já começou a explorar mais materiais, como ligas de magnésio, cuja densidade é um terço menor que a do alumínio, e localmente serão utilizadas ligas de titânio com maior resistência, como nos joelhos e tornozelos, que frequentemente sofrem impactos.

É interessante notar que esses esqueletos rígidos absorvem os impactos para os robôs, mas os fornecedores parecem ganhar apenas uma “taxa de esforço”.

Ex-diretor de compras de uma empresa de robótica

O preço final da estrutura, após subtrair o conteúdo metálico próprio e os resíduos descartados, tem uma razão realmente muito baixa. A estrutura final ainda é vendida com o custo do metal mais o custo de processamento; a maior parte do custo ainda está no metal interno, e não é possível reduzir o preço. A taxa de processamento ainda está dentro da faixa razoável; se a quantidade aumentar, a taxa de processamento tenderá a se tornar muito baixa, pois não há grandes barreiras de entrada.

Além desses ossos principais, as peças externas do robô podem ser divididas em duas categorias:

Um tipo é peça de proteção e decoração, principalmente usada no peito, nas costas e na cabeça, com materiais variados, desde plástico, TPU imitação de couro até tecidos, visando reduzir o desgaste e proporcionar uma sensação mais agradável. Embora alguns robôs pareçam ter carcaça metálica, na verdade possuem carcaça de plástico com pintura metálica.

Outro tipo é a pele biomimética para robôs, que não só precisa ter uma textura semelhante à humana, mas também requer sensores táteis implantados sob a pele.

Além do esqueleto e da pele, o que realmente permite que os robôs realizem diversos movimentos de alta dificuldade são as articulações, que também são a parte mais cara, tecnologicamente mais intensiva e mais cheia de histórias de todo o hardware do robô.

02 Desmontando o executor: as articulações são as partes mais caras e mais difíceis

Certamente você já viu muitos vídeos de robôs dançando e fazendo cambalhotas, o que é feito primeiro capturando os movimentos de pessoas reais e depois treinando um modelo para mapear esses movimentos nos membros do robô.

Há alguns anos, quando vimos o Atlas da Boston Dynamics fazer uma cambalhota, ainda nos surpreendemos muito, mas agora provavelmente todos acham isso comum, e a razão por trás disso é que as articulações dos robôs passaram da hidráulica para motores.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Antes, não conseguíamos fabricar articulações tão avançadas; as articulações daquela época tinham desempenho muito ruim, e fazer cambalhotas era muito difícil. Nos últimos um ou dois anos, o avanço tecnológico nas articulações foi imenso.

As articulações são conhecidas na indústria como atuadores e são principalmente classificadas em atuadores rotativos e lineares. Vamos começar com o exemplo do ombro para entender como eles movem o corpo.

O ombro possui três graus de liberdade: oscilação frontal e traseira, elevação vertical e rotação interna e externa, conhecidos como pitch, roll e yaw. Essencialmente, todos esses movimentos são rotações; portanto, através da combinação de três atuadores rotativos, o braço pode se mover livremente nas direções X, Y e Z.

Na altura do joelho, geralmente é necessário apenas um grau de liberdade, portanto, um atuador rotativo ou linear é suficiente. O atuador linear, semelhante aos músculos do corpo humano, move os ossos superior e inferior por meio de alongamento.

Fazer um movimento extremo exige a coordenação precisa de dezenas de atuadores em todo o corpo; se qualquer parte não reagir a tempo ou houver uma pequena variação de força, o resultado será uma queda.

Qual é a estrutura dentro desses atuadores? Tanto os atuadores rotativos quanto os lineares possuem um sistema de servo, composto por motor, codificador, driver e sensor. A principal diferença entre eles é que o atuador rotativo é um motor de servo com redutor, enquanto o atuador linear é um motor de servo com parafuso de esferas.

Vamos começar pelo redutor.

Talvez você já tenha ouvido falar desse mecanismo: quando a primeira engrenagem gira 10 vezes, a segunda gira apenas 1 vez, a terceira gira apenas 0,1 vez, e assim por diante, com um total de 100 engrenagens. Para que a última engrenagem dê uma volta completa, a primeira precisaria girar um googol de vezes — ou seja, 1 seguido por 100 zeros — exigindo mais energia do que a soma total da energia do universo.

Este é um redutor grande, essencialmente uma alavanca enorme que sacrifica velocidade em troca de força. Por que as articulações dos robôs precisam de redutores?

Como os motores são intrinsicamente “alta velocidade, baixo torque”: a velocidade pode facilmente atingir dezenas de milhares de rotações por minuto, mas o torque de saída é relativamente pequeno. As articulações dos robôs exigem controle preciso; é difícil fazer um motor girar apenas alguns graus enquanto ainda consegue levantar objetos muito pesados. Por isso, é necessário reduzir a velocidade para diminuir as rotações e aumentar o torque. Quanto maior a relação de redução (ou razão de engrenagem), maior a redução de velocidade e maior o torque de saída.

Os três redutores mais comuns na indústria são: redutor planetário, redutor harmônico e redutor RV. Vamos explicar usando um modelo.

Primeiro, o redutor planetário, cujo nome é bem descritivo: o motor se conecta ao engrenagem central, que move três engrenagens planetárias, e estas, por sua vez, fazem girar a engrenagem externa maior, assim como os planetas orbitam o sol. Ele é compacto e de baixo custo, mas oferece uma redução menor; sob a mesma rotação do motor, o torque de saída é mais baixo, por isso é comumente usado nas articulações das mãos.

Quando for necessário gerar uma força maior, é utilizado um redutor harmônico. No seu centro está o gerador de onda, que expande a engrenagem flexível em forma elíptica. Geralmente, a engrenagem flexível difere em apenas dois dentes da engrenagem rígida fixa externa. A engrenagem flexível possui apenas duas regiões simétricas que se engrenam com a engrenagem rígida; assim, quando o gerador de onda no centro gira uma volta completa, a engrenagem flexível gira apenas dois dentes, permitindo uma relação de redução muito alta.

O redutor de onda oferece alto torque de saída e alta precisão, sendo comumente utilizado nas articulações do cotovelo e ombro de robôs para realizar controle preciso do braço.

Como mencionado anteriormente, durante a execução de um salto mortal para trás, o robô sofre forças equivalentes a uma colisão de carro, o que representa um grande desafio para os redutores em regiões específicas. No entanto, a estrutura flexível do redutor harmônico também significa uma resistência inferior aos impactos, momento em que o redutor RV é necessário.

O redutor RV é composto por um engrenagem planetária de primeira fase e uma roda cíclica de segunda fase. Após a redução de velocidade na primeira fase, uma cama excêntrica faz o disco cíclico executar um movimento excêntrico; o disco cíclico se engrena com os pinos fixos na carcaça, fazendo a carcaça girar.

Dessa forma, não apenas a relação de redução é alta, mas também, como o disco cicloidial possui múltiplos dentes em engrenamento simultâneo, apresenta alta rigidez e maior resistência a impactos, sendo comumente utilizado em articulações de robôs, como quadril, joelho e cintura, onde a resistência a impactos é necessária.

O redutor é uma peça muito precisa, difícil de fabricar e, devido ao desgaste prolongado, é difícil garantir a estabilidade — é a parte mais difícil de toda a articulação.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Quando fabricados e utilizados em grande escala, os engrenagens exigem alta precisão e estabilidade ao longo do tempo. Por exemplo, após 1000 horas de uso, podem surgir diversos ruídos anormais ou degradação de desempenho; nesse caso, os algoritmos de controle de movimento podem ter dificuldade para ajustar, resultando no robô andar menos bem do que antes, ou até mesmo começar a andar de forma gradualmente torta.

Robôs podem realizar muitos movimentos extremos e acabar caindo; esses impactos podem danificar os pequenos engrenagens internos. Como criar engrenagens com alto desempenho, baixo custo, durabilidade prolongada e resistência a impactos após quedas, sem danificar facilmente? Esse é um triângulo impossível muito desafiador.

Em outras palavras, criar um redutor não é difícil; o difícil é produzir dez mil redutores com desempenho consistente e duráveis.

Agora vamos analisar o atuador linear e seu componente principal — a rosca de esferas.

Os atuadores lineares são os mais semelhantes aos músculos humanos; quando movemos o braço dessa forma, não é a articulação que gira ativamente, mas sim os músculos que conectam os dois ossos e se contraem. Portanto, o atuador linear realiza apenas um tipo de movimento: empurrar e puxar.

Alguns robôs utilizam atuadores lineares nos joelhos, que empurram e puxam para imitar o movimento dos músculos do joelho humano. Quando vários atuadores lineares são combinados por meio de uma estrutura específica, também é possível realizar rotação articular. Esse tipo de movimento é aplicado em áreas como o punho e o tornozelo.

O método mais simples para criar atuadores lineares é o sistema hidráulico; a versão anterior do Atlas da Boston Dynamics utilizava principalmente cilindros hidráulicos lineares, apresentando vantagens como alta potência de explosão, resistência a impactos e alta densidade de potência. Por que versão anterior? Porque a versão atual também passou para acionamento por motor, principalmente porque os sistemas hidráulicos são complexos, propensos a vazamentos de óleo e possuem precisão de controle inferior à dos motores.

Mas o motor só pode girar; para produzir movimento linear, ainda é necessário um “conversor”, ou seja, uma rosca de esferas.

O eixo de rosca possui uma rosca e, ao girar, faz a porca se mover em linha reta, um processo semelhante ao de apertar um parafuso. Para reduzir o atrito, bolas são inseridas dentro da rosca, formando o eixo de rosca com esferas. Alguns modelos substituem as bolas por rolos, oferecendo maior vida útil, maior capacidade de carga e maior rigidez — isso é conhecido como eixo de rosca planetária com rolos. Além disso, alguns sistemas utilizam eixos de rosca em formato T.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Atualmente, o parafuso de roletes é provavelmente o mais utilizado; ele exige uma precisão de usinagem extremamente alta, e em um curso muito longo, sua consistência precisa ser excelente. Se houver alguma irregularidade no meio, isso representa um grande desafio para os algoritmos de controle entre diferentes máquinas.

Alguns atuadores lineares também são combinados com redutores para fornecer maior torque do motor. No entanto, atualmente, a aplicação de atuadores lineares é relativamente rara na indústria, principalmente por três razões: desempenho dinâmico inferior, dificuldade de fabricação e alto custo.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Atualmente, a articulação rotativa é o componente mais produzido em massa em toda a indústria. Os atuadores lineares também têm alguma aplicação na indústria; sua característica é que podem suportar cargas maiores e, em certos estados, mantêm uma postura estável mesmo sem energia, sendo auto-bloqueáveis. No entanto, acreditamos que sua desvantagem é que o desempenho dinâmico pode ser ligeiramente inferior, pois, com carga elevada e alta relação de redução, o desempenho dinâmico é mais lento, resultando em movimentos menos ágeis. Outro grande desafio é a dificuldade de fabricação em grande escala e com baixo custo. Portanto, no momento, acreditamos que ainda não é adequado para comercialização em larga escala. Como seu uso atual é limitado, os volumes de envio são baixos e há pouca validação em cenários reais de clientes, seus custos permanecem elevados.

After discussing the transmission, let's now talk about the power itself, namely the motor and servo system.

Os motores comumente usados no corpo do robô são motores de torque sem moldura; em comparação com motores tradicionais, eles não possuem carcaça nem rolamentos, mantendo apenas os componentes mais essenciais, com o objetivo de reduzir ao máximo o tamanho e permitir a incorporação direta dentro das articulações.

A mão habilidosa é especial, utilizando motores de copo oco com volume menor, portanto, sua potência de saída também é mais baixa. A dificuldade da mão habilidosa é até maior do que a do próprio corpo do robô.

Os principais desafios dos motores corporais estão em três áreas: eficiência energética e dissipação de calor, tamanho e estabilidade de desempenho. Vamos começar pela eficiência energética e dissipação de calor.

Todos os dispositivos eletrônicos inevitavelmente geram calor; quando o calor se acumula em excesso e ultrapassa a faixa de operação normal, o desempenho diminui. Por isso, a eficiência do motor — ou seja, a quantidade real de energia utilizada para realizar trabalho — é especialmente importante. Se o sistema superaquecer, o controle só poderá reduzir a potência; por exemplo, durante uma cambalhota no ar, os "músculos" de repente enfraquecem e o dispositivo cai no chão com um estalo.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Nossos primeiros protótipos anteriores podiam realizar apenas uma vez esses movimentos extremos em até 10 minutos. Após uma única execução, as curvas de desempenho, como velocidade e torque, mudavam completamente, possivelmente devido ao aquecimento interno; nesse caso, era necessário primeiro resfriar o sistema, permitindo que a temperatura diminuísse antes de continuar. Outro grande problema era a eficiência energética: quanto da energia fornecida era convertida em calor — por exemplo, 5% em comparação com 3% faz uma diferença enorme. Todos esses fatores limitam o desempenho; mesmo que minha capacidade de hardware seja muito forte, ousaria aumentar ainda mais o desempenho.

Entre 3% e 5%, pode parecer que não há muita diferença, mas é importante notar que o aquecimento do motor não é linear.

Quando uma articulação realiza um movimento extremo, a corrente instantânea pode ser de 3 a 5 vezes a normal, e a geração de calor pode ser de 9 a 25 vezes o nível nominal. Isso significa que a velocidade de acúmulo de calor excede amplamente o limite de dissipação passiva da articulação. Realizar uma cambalhota pode fazer a temperatura da articulação saltar diretamente de um aumento de 10 graus para 50 graus. Por isso, após a execução, o motor precisa esfriar para que o robô possa realizar o próximo movimento.

Para aumentar a eficiência energética do motor, é necessário atuar nos materiais do motor, no processo de enrolamento e no design estrutural; não detalharemos aqui.

Atualmente, a dissipação de calor de muitas articulações é principalmente passiva, pois o corpo utiliza uma grande quantidade de metal, podendo ser imaginado como um grande dissipador de calor; apenas as articulações com potência muito alta recebem refrigeração adicional por ar ou líquido, como as pernas.

Além disso, a adição de medidas de dissipação de calor traz um segundo desafio: as limitações de espaço.

Os engenheiros estão se esforçando para reduzir ao máximo o tamanho dos motores articulados,一方面是为了减轻重量、降低成本，更重要的是体积越大，转动惯量也更大，改变运动状态就更难。

Por exemplo, quando você gira uma corda, quanto mais curta ela for, mais rápido gira; se a corda ficar mais comprida, a velocidade não só diminui, mas também leva mais tempo para parar.

O terceiro desafio é a estabilidade do desempenho, ou seja, quantas rotações o motor produz com determinada corrente de entrada e qual torque pode gerar — denominado curva TN na indústria. Isso afeta o algoritmo de controle do robô.

Por exemplo, ao atravessar um terreno irregular, o sensor de força e momento de seis dimensões no tornozelo detecta as irregularidades; para manter o equilíbrio, é necessário ajustar dinamicamente a corrente para controlar o torque do motor. Se a curva TN for instável, o sistema de controle pode ainda emitir o mesmo comando, mas o torque de saída do motor apresenta desvio, resultando em queda.

Além disso, a curva TN também tem grande impacto no treinamento do algoritmo, pois os algoritmos de robôs são inicialmente treinados em sistemas de simulação; se a curva TN na simulação diferir muito da realidade, o desempenho real também apresentará desvios.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Vou fornecer uma curva ao sistema de simulação; na prática, este motor pode alcançar ou até superar essa curva, permitindo-lhe realizar o desempenho e os movimentos desejados. Se, ao contrário, funcionar bem em baixas rotações, mas seu desempenho cair quando a rotação aumentar, certamente não será possível realizar certos movimentos extremos, pois alguns dos movimentos mais difíceis exigem velocidades extremamente altas combinadas com uma força explosiva igualmente elevada.

Para controlar precisamente o número de rotações do motor, é necessário um sistema de servo, composto principalmente por codificador, driver e sensor.

O codificador é usado para medir o ângulo, a velocidade e a posição do rotor do motor, permitindo que o sistema saiba qual é o estado atual do motor.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

The encoder is actually crucial; because robots have reducers, dual encoders are required to know the positions of both the input and output ends, enabling more precise control.

O driver ajustará a tensão e a corrente fornecidas ao motor com base no feedback do codificador e nas instruções de controle provenientes do “cerebelo”.

Existem vários tipos de sensores, como sensores de torque para medir o torque de saída, sensores de temperatura para medir a temperatura do motor e evitar superaquecimento, entre outros.

Estes são os componentes-chave do atuador; agora, vamos falar sobre o atuador como um todo: por que ele é fundamental para redução de custos? Qual é a diferença entre desenvolvimento próprio e aquisição?

De acordo com o cálculo do Bank of America, os atuadores são os componentes mais caros dos robôs, representando cerca de 51%.

Ex-diretor de compras de uma empresa de robótica

Seja com a mão ou com o motor, o motor (motor) e o control (controlador), ou seja, seus músculos (atores), são mais caros do que seus ossos, seus olhos (sensores), seu cérebro (chip) e até mesmo seu coração (bateria).

Portanto, o executor é fundamental para a redução de custos em escala no futuro, e o fator mais importante é que a cadeia de suprimentos chinesa é extremamente competitiva; anteriormente, muitas peças que exigiam processamento avançado em fábricas de outros países agora podem ser substituídas no país.

Por exemplo, Wolong Electric Drive para motores, Green Harmonic e Shuanghuan Transmission para redutores, Zhongdalide, e até empresas que fornecem atuadores completos, como Sanhua Intelligent Control e Tuopu.

Como já existem executores prontos disponíveis no mercado, por que as empresas de robôs ainda gastariam tempo e esforço desenvolvendo os próprios? Vamos comparar esses dois modelos.

Se adquirir produtos prontos, é possível reduzir os custos de pesquisa e desenvolvimento e aumentar a eficiência de desenvolvimento, mas os custos de materiais correspondentes serão mais altos, dificultando a personalização conforme suas necessidades e resultando em desempenho inferior.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

A maioria das empresas (fabricantes) não irá projetar especificamente o que você deseja; elas vendem apenas componentes padrão, cujos custos são relativamente mais altos. Se uma empresa possui uma equipe interna pequena e pouca experiência acumulada em articulações, é certamente mais vantajoso e mais rápido adquirir produtos de terceiros.

Se desenvolvido internamente, é possível melhor atender às necessidades e algoritmos, com desempenho superior, mas isso exige um grande esforço de desenvolvimento.

A escolha de qual caminho seguir é mais uma questão de escala e custo da empresa; segundo nossa pesquisa, as principais empresas de robôs ainda tendem a desenvolver internamente, e até mesmo participar do design nos fornecedores.

Portanto, as articulações dos robôs não são apenas sobre montar peças juntas, mas sim alcançar um equilíbrio entre força, precisão, durabilidade, custo e peso em um volume extremamente pequeno — podendo ser consideradas a parte mais difícil de todo o corpo. Isso ocorre porque é uma indústria emergente, cuja cadeia de suprimentos ainda não era madura, e todos estão ainda na fase de exploração.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

(Inicialmente) muitos dos equipamentos das linhas de produção não existiam no setor, então tínhamos que projetar (produzir) os equipamentos nós mesmos.

Ter articulações fortes não é suficiente; como o robô saberá como se manter equilibrado? Como perceber o mundo? A seguir, vamos falar sobre sensores.

Os robôs atuais, na maioria das situações, são difíceis de derrubar, independentemente da intervenção humana. Para alcançar esse equilíbrio, é necessário contar com diversos sensores no corpo do robô.

Por um lado, há o sistema servo do motor mencionado anteriormente, que, por meio de codificadores e sensores de torque nas articulações, percebe em tempo real a posição atual e a força em cada articulação, ajustando a saída a uma frequência de milhares de vezes por segundo.

Por outro lado, apenas ter "sensação nos membros" não é suficiente; assim como os humanos dependem do sistema vestibular do ouvido interno para perceber inclinação e rotação do corpo, nesses robôs, essa parte é a unidade de medição inercial (IMU).

IMU é muito comum; por exemplo, quando você gira o celular e a tela gira junto, isso é feito por meio do IMU.

IMU é uma combinação de vários sensores, sendo os dois mais essenciais: um acelerômetro, que mede a aceleração nos eixos X, Y e Z, e um giroscópio, que mede a velocidade angular nos três eixos de pitch, yaw e roll. Além disso, o IMU inclui um magnetômetro, que funciona como uma bússola eletrônica, para calibração.

Ao integrar esses dados, o IMU pode perceber em tempo real o estado de movimento do robô. Quando damos um chute nele, o corpo adquire instantaneamente uma aceleração e pode cair para frente, para trás ou para os lados. Após detectar essa mudança, o IMU envia os dados para o “cerebelo”, que calcula quanto torque deve ser adicionado ou reduzido em cada articulação para restaurar o equilíbrio do corpo. Esse componente é amplamente utilizado em celulares, automóveis e outros dispositivos, por isso sua tecnologia e aplicações são relativamente maduras.

A prevenção de quedas depende do IMU, mas para atividades cotidianas, a prevenção de colisões é mais importante, e o sistema de visão é o mais crucial para a evitação de obstáculos.

Os "olhos" do robô são muito semelhantes ao sistema de direção autônoma de um carro, mas não são exatamente os mesmos. A abordagem comum é a fusão de múltiplos sensores: câmeras, lidar e radar de ondas milimétricas. A exceção é o Tesla Optimus; como é bem conhecido, Musk é um defensor firme da visão pura, utilizando apenas câmeras.

Em termos de sensores, robôs são quase tão complexos quanto carros, e muitos fornecedores também vieram da cadeia de suprimentos automotiva. No entanto, embora sejam os mesmos tipos de sensores, as especificações reais são muito diferentes; vamos usar o LiDAR mais caro como exemplo.

Primeiro, os requisitos de alcance são diferentes. Automóveis precisam percorrer rodovias, então os LiDARs precisam detectar obstáculos a 150-200 metros de distância. Robôs atuam principalmente em ambientes internos, onde 10 a 20 metros são suficientes. Um alcance menor significa que o LiDAR pode ter menor potência, volume e custo.

O segundo ponto é a diferença na densidade da nuvem de pontos e no método de varredura. Os carros identificam veículos, pessoas e obstáculos — todos objetos grandes —, portanto, uma densidade menor de nuvem de pontos é suficiente. Já os robôs precisam pegar uma chave de fenda sobre uma mesa ou recolher moedas do chão — todos objetos pequenos —, exigindo uma nuvem de pontos com maior densidade.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Nós queremos que a nuvem de pontos seja muito densa. Atualmente, usamos varredura não repetitiva: se você ficar parado no mesmo lugar por um tempo, a nuvem de pontos se torna mais densa. Isso é muito bom para nós, pois nossos robôs muitas vezes não realizam operações muito intensas; eles agem como humanos, que fazem muitas coisas lentamente. Já os carros exigem alta estabilidade, temporalidade e repetibilidade.

O terceiro é a diferença na localização de instalação e no volume. O carro pode instalar o LiDAR no teto ou na barra de proteção, e um volume maior não é problema, mas como o corpo do robô é menor, é necessário usar módulos menores.

Quarto, os requisitos de confiabilidade são diferentes. Por exemplo, automóveis ficam expostos ao ar livre o ano todo e exigem maior faixa de temperatura de operação; enquanto robôs sofrem impactos maiores e exigem maior resistência a vibrações.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Anteriormente, quando trabalhava com componentes automotivos, o requisito mínimo para o LiDAR era de -40°C a 85°C, mas em robôs, pelo menos atualmente, isso é completamente desnecessário. Portanto, muitos projetos automotivos focados em confiabilidade são considerados redundantes para robôs. Quando um carro sofre um acidente, a aceleração pode atingir o nível da aceleração que um robô experimenta ao realizar uma única cambalhota; por isso, exigimos uma estabilidade extremamente alta sob condições de vibração.

Embora o LiDAR de automóveis já seja muito maduro, o LiDAR de robôs ainda está em estágio inicial da indústria.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Desejamos que o volume seja menor, a nuvem de pontos mais densa, a distância de visão mais curta, mas com um FOV (ângulo de campo de visão) maior — essas necessidades ainda não foram atendidas.

Na câmera, segundo revelado pelo ex-responsável por hardware de inteligência artificial da Tesla, eles escolheram câmeras automotivas, mas o caminho de desenvolvimento interno mudou repetidamente.

Liu Xiangke (Kerry)

Ex-chefe de hardware de inteligência artificial da Tesla

A solução atual deve ser baseada na câmera do veículo, com 5 megapixels. A primeira versão inicial usava muitas câmeras, com resoluções diferentes, reduzindo a taxa de quadros e aumentando a resolução. Por que fizemos isso? Porque Elon fez um requisito de que o robô deveria ser capaz de passar uma agulha por um fio; calculamos que, para atingir esse requisito, seria necessário ter mais de 15 megapixels para enxergar esse detalhe.

Também porque a equipe de software indicou que, se fosse necessário alterar até os pixels e a câmera, os requisitos para re-treinar o modelo, o tempo e o esforço envolvido aumentariam drasticamente. E se não for possível fazer isso? Então, consideraram adicionar foco automático à câmera. Mas depois parece que disseram que isso talvez nem seja necessário, então, no fim, tudo continua mudando.

Agora vamos falar sobre o tato; para implementar o tato, existem principalmente quatro abordagens:

O mais comum é o piezorresistivo, que converte pressão em resistência para alterar o sinal de corrente, como em balanças eletrônicas.

O segundo tipo é capacitivo, com um meio elástico separando duas camadas superior e inferior; quando uma pressão é aplicada, a distância entre os eletrodos diminui, alterando o valor da capacitância.

O terceiro é o piezoelétrico, onde o material gera diretamente uma tensão quando sujeito a força, como o pequeno dispositivo de descarga dentro de isqueiros.

O quarto tipo é óptico, com uma superfície de material elástico que se deforma sob pressão, capturada por uma câmera; este é atualmente o método mais popular.

O toque deve ser tridimensional, capaz de sentir não apenas pressão, mas também atrito em uma superfície. Por exemplo, ao pegar uma lata de refrigerante, a mão aperta a garrafa e a levanta; se os dedos sentirem atrito fazendo a garrafa escorregar, aumentam a força de aperto para evitar que caia.

Mas isso também apresenta grandes desafios para os materiais e algoritmos.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Primeiramente, no nível próprio do sensor, pois, em essência, são todos materiais, e é muito difícil desacoplar bem qualquer material nos três eixos (XYZ), por isso a precisão se torna muito mais difícil do que em forças unidimensionais; como torná-lo preciso? Em segundo lugar, como integrar esses dados complexos de toque tridimensional com modelos de operação? Isso também é muito difícil, pois atualmente a quantidade total de dados é muito pequena.

Sob esses desafios, os robôs em massa da indústria anteriormente quase não incorporavam tato.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Nos produtos em produção em massa durante todo o ano de 2025, o toque é usado muito pouco, quase nada — não apenas por nós, mas por toda a indústria, porque essa tecnologia é instável.

É necessário considerar como ele pode manter a forma durante o uso prolongado, pois mesmo uma leve deformação pode fazer com que o sinal de saída seja completamente diferente. Além disso, não deve ocorrer deriva de desempenho; a forma e a posição não podem ser danificadas, mas o material precisa ser um pouco macio e ao mesmo tempo muito resistente ao desgaste — o que, por si só, é bastante contraditório.

Mas este ano, as coisas parecem ter mudado um pouco. Nosso entrevistado mencionou que, até 2026, há esperança de produção em escala, e o próximo passo será integrar melhor os sistemas táteis na coleta e treinamento de dados. Em geral, a indústria tátil ainda está em estágio muito inicial, e aguardamos com expectativa mais avanços no futuro.

Além dos sensores mencionados anteriormente, o robô também precisa de sensores de temperatura, umidade, momento de força tridimensional, UWB, entre outros, todos bastante maduros, por isso não nos aprofundaremos neles.

Sensores permitem que os robôs percebam o mundo, e articulações conferem aos robôs a capacidade de se moverem, mas para integrar esses dois elementos, é necessário um “centro nervoso”; a seguir, vamos discutir esse centro — a arquitetura elétrica.

Em artigos anteriores sobre algoritmos de robôs, mencionamos que a indústria desenvolveu uma arquitetura de dois sistemas, denominada “System 1 + System 2”: o System 1 é responsável por controlar os membros, enquanto o System 2 realiza pensamentos complexos; nos chips, também foi adotada uma combinação de “cerebelo + cérebro”.

Por que não usar um único chip para fazer tudo? Porque as necessidades são completamente opostas.

O chip cerebral precisa pensar “como fazer as coisas”, e precisa de alta capacidade de processamento e grande memória, idealmente capaz de executar modelos grandes na borda; atrasos de alguns segundos basicamente não têm impacto.

Atualmente, a maioria absoluta dos cérebros de robôs utiliza o chip Orin da NVIDIA. Em 2025, a NVIDIA lançou o chip Thor, com desempenho ainda superior e projetado especificamente para robôs e IA física, prevendo-se que se torne o padrão futuro.

Exceto o Optimus da Tesla, que usa chips desenvolvidos internamente e ainda dois chips.

Liu Xiangke (Kerry)

Ex-chefe de hardware de inteligência artificial da Tesla

Como os robôs não são autônomos, não há esse tipo de consideração de segurança. Elon mesmo achou isso, dizendo: “Não precisamos desse problema de redundância de segurança, um único chip é suficiente.” Depois de criar um sistema de chip único, ele depois percebeu que estava errado: o modelo do mundo para robôs exige muito mais poder de processamento do que a condução autônoma. Se até mesmo dois chips são difíceis para a condução autônoma, como um único chip poderia ser suficiente para um robô? Ele então se corrigiu, dizendo: “Não, não, vamos voltar para dois chips.”

Além disso, no CES deste ano, a Qualcomm também lançou o chip Dragonwing IQ10 para cérebro de robô e anunciou a parceria com a Figure.

Já o chip cerebelar, para "controlar o corpo", não exige alta capacidade de processamento, mas deve ter alta temporalidade, estabilidade e velocidade de resposta; qualquer atraso de alguns milissegundos pode causar uma queda.

Por exemplo, quando o robô realiza cambalhotas ou dança, geralmente usa movimentos pré-gravados, mas percebemos que seus pés ainda realizam pequenos passos ajustados — isso é o cerebelo regulando dinamicamente o equilíbrio, como uma “reação instintiva” humana.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

O cerebelo exige velocidade muito alta, então a frequência dentro do cerebelo pode ser de 1 kHz.

Atualmente, os chips cerebelares geralmente são MCU, com opções principais sendo a série STM32 da STMicroelectronics, a série i.MX RT da NXP e a série RZ da Renesas.

Agora também vemos uma nova tendência: a indústria está tentando integrar chips cerebrais e cerebelares. A Tesla está à frente nisso, tendo seguido esse caminho desde o início.

Liu Xiangke (Kerry)

Ex-chefe de hardware de inteligência artificial da Tesla

Inicialmente, assumimos que o computador usado era o Hardware 4 com o chip desenvolvido internamente. Como o cérebro e o cerebelo da Tesla estão concentrados no mesmo chip, como estruturar uma arquitetura de comunicação para controlar todo o corpo por meio desse único chip? Gastamos algum tempo estudando essa abordagem: um SOC que contém tanto ASICs para processamento quanto um CPU multicore, que pode ser usado para tratar funções do cerebelo; esse CPU de alta frequência também apresenta latência extremamente baixa.

Além da Tesla, outras empresas também estão pesquisando soluções integradas.

Por exemplo, em março deste ano, Lingjing Zhiyuan lançou a arquitetura Dvořák, integrando em um único chip as três funções de “cérebro-cerebelo-córtex”. Quais benefícios traria unificar tudo em um único chip?

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Primeiro, acho que a maior vantagem é que, ao integrar tudo em uma única placa, o volume total do tórax e o roteamento dos fios se tornam muito mais simplificados. Em seguida, o cérebro e o cerebelo: quanto mais avançado for o processo, mais importante se torna a coordenação entre eles. Por exemplo, se alguém lhe lançar uma flecha, a percepção e a previsão da trajetória da flecha provavelmente envolvem o cérebro, mas estender a mão para pegá-la é função do cerebelo. Quanto mais rápida for a comunicação entre esses dois, mais eficaz será a execução de movimentos de alta complexidade. Se o cérebro e o cerebelo forem integrados na mesma unidade, a comunicação entre os chips será extremamente rápida, permitindo que o cérebro controle em tempo real como o cerebelo deve se mover e receba feedback com velocidade muito alta.

No entanto, segundo a perspectiva da indústria, a unificação de chips cerebrais e cerebelares ainda está em uma fase muito inicial; as empresas de robôs só começarão a migrar gradualmente para chips próprios e integrados, como as atuais empresas de automóveis inteligentes, após a produção em massa de robôs e o crescimento suficiente do mercado.

Por fim, é necessário uma bateria que forneça energia para todo o corpo, como o coração de um robô. A necessidade principal é aumentar a capacidade com uma densidade menor; os principais fornecedores são CATL, LG e EVE Energy.

Além disso, há fiação distribuída por todo o corpo, semelhante a nervos e vasos sanguíneos, usada para comunicação e alimentação entre dispositivos. Principais fornecedores incluem Luxshare Precision, TE Connectivity e Amphenol.

Existem muitos tipos de cadeias de suprimentos de robôs, por isso não os listaremos todos aqui; colocamos um diagrama panorâmico para que todos possam ampliar e estudar se estiverem interessados.

Ao chegar aqui, acredito que você já aprendeu como construir um robô, mas não se apresse: se você realmente tentar fazer isso sozinho, descobrirá que há problemas em todos os lugares, pois o maior desafio na construção de um robô é realmente o equilíbrio entre as diversas engenharias.

Por fim, vamos discutir os desafios de montagem e produção em massa, bem como as razões pelas quais os robôs avançaram tanto nos últimos dois anos.

05 Montagem e produção em massa: funcional não é igual a fácil de usar

Se você assistiu à maratona de robôs dos últimos tempos, percebeu que houve muitas coisas interessantes no local.

Alguns sentam-se onde quer que estejam, atraindo os aplausos dos robôs vizinhos; outros torcem o pé, ficam bêbados, perdem o braço, acabam na canteiro de flores ou se esfacelam após tropeçar em uma lombada.

There are also outstanding performances, such as the Glory robot, which not only swept the top six positions but also broke the human half-marathon record.

No entanto, isso também gerou algumas discussões: se até fabricantes de celulares conseguem desempenhar tão bem na área de robótica, isso significa que este setor não tem barreiras de entrada?

A resposta dos especialistas é: Sim, e Não. Vamos começar pela parte Sim.

Os componentes, fornecedores e setores de celulares e automotivos mencionados anteriormente têm alta sobreposição; além disso, parte dos algoritmos pode ser reutilizada no desenvolvimento de veículos autônomos, o que explica por que a Honor, Xiaomi, Tesla e XPeng estão entrando no mercado de robôs.

Ex-diretor de compras de uma empresa de robótica

A sobreposição de fornecedores na seção de sistema elétrico e de energia (elétrico e computacional) pode ultrapassar 90%. Mesmo que os moldes sejam diferentes, a seção de sistema mecânico (estrutura principal) ainda possui muitos fornecedores semelhantes. O sistema de propulsão elétrica é a única área que pode ter menor relação com veículos, pois veículos não exigem dispositivos que forneçam tanta torque. No entanto, peças como redutores e engrenagens são muito comuns em automóveis, assim como sensores. Portanto, basicamente mais de 80% dos componentes podem ser homogêneos.

Teoricamente, desde que você conheça esses fornecedores, pode montar seu próprio robô. Mas há uma enorme lacuna entre “funcionar” e “ser útil”, e é aí que está a parte do Não.

Por exemplo, após a montagem, se a distribuição de peso for desigual, o centro de massa do robô ficará deslocado; para manter o equilíbrio ao caminhar, certas articulações precisarão exercer esforço adicional, aumentando o consumo de energia e reduzindo a autonomia, além de afetar a estabilidade da marcha.

Ou talvez funcione perfeitamente por uma hora no laboratório, mas ao rodar por 100 horas em um ambiente real, diversos problemas surgem: por exemplo, um parafuso solto, um fio desgastado, a graxa de uma articulação secou, ou um sensor começou a deriva — todos esses problemas precisam ser ajustados continuamente até encontrar o ponto de equilíbrio.

Ex-diretor de compras de uma empresa de robótica

Cada componente, eu o divido por fornecedor; acho que a dificuldade de cada fornecedor não é alta, acho que o verdadeiro desafio está na integração do sistema.。

Mais do que dizer que você impôs uma restrição a ele, por exemplo, reduzir o peso e torná-lo mais leve até que ponto, mas ao moldá-lo na forma humana, você precisa alcançar o nível de força e precisão humanos — esse é o desafio, mais uma questão de trade-off no caminho de engenharia.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Os produtos padronizados disponíveis no mercado geralmente não são satisfatórios e apresentam diferenças em relação aos requisitos reais de nossas aplicações algorítmicas; portanto, todos esses são componentes essenciais que precisamos fabricar por conta própria.

Para criar robôs comercializáveis e capazes de produção em massa, ainda enfrentarão problemas de consistência.

Como a folga das articulações, o ponto zero dos sensores e os parâmetros do motor variam em cada unidade, é necessário ajustar cada detalhe para que o mesmo algoritmo possa ser aplicado de forma estável em diferentes lotes de corpos.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Coloque 10 robôs lá, envie os mesmos parâmetros (instruções) para eles, e a posição para onde eles estendem as mãos será diferente.

Se houver uma diferença de alguns milímetros na operação, pode-se passar de conseguir segurá-lo a derrubá-lo; nesse caso, como realizar corretamente o calibração de todos os sensores e atuadores dos robôs torna-se muito difícil. Além disso, após a calibração, como garantir que, após um ano de uso, quando muitos componentes estiverem envelhecidos e os sensores tiverem sofrido distorções, o sistema ainda mantenha estabilidade? Nesse momento, pode ser necessário algum tipo de calibração online, em que o próprio sistema consiga identificar e analisar os erros. Essas são tarefas invisíveis, mas se não forem feitas, muitos problemas futuros não poderão ser resolvidos.

Então a verdadeira dificuldade não é “montar”, mas a integração em nível de sistema.

Voltamos à maratona de robôs, e este ano não apenas a velocidade melhorou significativamente, mas também a completude geral aumentou. Ao observar a evolução dos movimentos dos robôs nos últimos dois anos — da caminhada, à rotação de lenços, depois à dança e às artes marciais — por que a evolução foi tão rápida nesses dois anos? A razão mais importante é a maturidade da cadeia de suprimentos.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Nos últimos um ou dois anos, a indústria de robôs não era tão bem vista como agora; naquela época, as pessoas não faziam LiDAR para robôs, mas diziam: “Este é para veículos logísticos, use-o diretamente.” Naquela época, estávamos implorando aos outros, e todos tinham dúvidas sobre robôs.

Como mencionamos anteriormente, muitas etapas da cadeia de valor dos robôs se sobrepõem às do setor automotivo. Anteriormente, os fornecedores enfrentavam conflitos internos de recursos: em condições de produção limitada, deveriam priorizar a entrega para setores comercialmente maduros ou modificar as linhas de produção para apostar em robôs cujo mercado comercial ainda não está maduro?

Ex-diretor de compras de uma empresa de robótica

Anteriormente, eu acreditava que o mercado ainda não havia atingido esse nível, podendo estar a uma ou duas ordens de grandeza de distância de produtos reais como celulares e automóveis. Portanto, os fornecedores também estão em um jogo de negociação, pois seus recursos internos são limitados.

Now, as the robot sector becomes increasingly popular, suppliers are beginning to be willing to create custom molds and products specifically for robots. We believe that as demand grows and commercialization pathways become clearer, the supply chain will continue to grow like a snowball.

Qual será a próxima ação da próxima etapa?

06 Próximo marco: de um salto mortal ao pegar uma folha caindo

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Fui ao Circus City de Xangai alguns dias atrás; depois de assistir a um espetáculo, minha sensação foi que ainda há muitíssimas coisas para os robôs evoluírem.

O ator que caminha sobre uma corda bamba a dezenas de metros de altura com os olhos vendados, o artista de circo que faz dezenas de tigelas girarem ao mesmo tempo com apenas um palito — o que eles demonstram é algo que a humanidade evoluiu ao longo de milhões de anos: percepção extrema, equilíbrio instintivo e feedback tátil em escala milimétrica.

Embora os robôs hoje possam fazer cambalhotas e artes marciais, ainda estão muito distantes dos humanos.

Perguntei a Wang Chuang sobre quais são suas expectativas para o próximo marco do robô, e sua resposta me surpreendeu um pouco. Sua resposta não foi sobre movimentos mais complexos ou mais elaborados, mas sim algo muito, muito básico: um instinto humano de “pegar uma folha caída”.

Wang Chuang

Sócio da Zhìyuán / Vice-Presidente Sênior / Presidente do Departamento de Negócios Gerais

Há uma folha de árvore; consigo caminhar até ela e, ao levantar a mão, consigo pegá-la com os dedos.

Apenas uma brisa passou, atravessando uma floresta, e “ele” caminhou até lá, estendeu a mão e “acidentalmente” pegou uma folha caída. Quando esse dia chegar, os robôs estarão ainda mais próximos da nossa vida.