Os Robôs e os Engenheiros Químicos

Olá querido leitor, tudo bem com vocês? A ideia desse texto veio de uma recente notícia do site ChemistryWorld sobre um estudo do grupo do Prof. Lee Cronin da Universidade de Glasgow em que foi apresentado um químico robótico que é mais eficiente do que os seus colegas de trabalho humanos, pelo menos quando se trata de descobrir e cristalizar moléculas gigantes de automontagem. Mas calma! Por enquanto, esses cientistas sintéticos não estão prestes a substituir os químicos. A intenção é que eles ajudem os humanos a enfrentar seus próprios pontos cegos e tendências quando se trata de pesquisa.

Exploração do espaço de cristalização por três métodos (algoritmo, humano e aleatório). [Imagem: L Cronin et al, 2017. DOI: 10.1002/anie.201705721]

O grupo de Glasgow criou um sofisticado algoritmo conectado a um sistema de manuseio de líquidos capaz de realizar experimentos de cristalização*.  O robô foi colocado contra a equipe do Prof. Cronin com os materiais de partida, um protocolo experimental para o processo de síntese e cristalização e um conjunto de dados inicial que detalha as tentativas de cristalização bem sucedidas e falhas anteriores. Usando isso, eles foram então obrigados a estabelecer suas próprias condições e procedimentos experimentais para analisar a eficiência do processo.

“O fato de o robô ser mais eficiente na busca do espaço de cristalização (eficiência do processo nesse caso) foi inesperado porque achamos que os robôs seriam mais tediosos”, disse o Prof. Cronin. “É um resultado curioso, mas não inesperado porque o robô tem menos restrições do que um ser humano em termos de manuseio de líquidos.” Os químicos treinados muitas vezes trabalham de forma metódica e incremental, tomando decisões com base no conhecimento e treinamento prévio do indivíduo. De acordo com Cronin, é aqui que podemos ser limitados. “O robô amplia a intuição do humano”. “O robô libera o humano do viés porque tem mais tempo para fazer reações que um ser humano não escolheria fazer. Se você receber um conjunto aleatório de reações, você usa seu viés – ou seu treinamento – para escolher essas reações’, diz Cronin.

Interessante! Mas, o que a Engenharia Química tem a ver com isso?

Antes de mais nada, vamos entender um pouco de robôs químicos e industriais

A Associação das Indústrias de Robótica (Robotic Industries Association – RIA) define robô da seguinte maneira: “Um robô é um manipulador multifuncional reprogramável, projetado para mover material, peças, ferramentas ou dispositivos especializados, através de movimentos variáveis programados para o desempenho de uma variedade de tarefas”. O Prof. Felippe de Souza, no seu e-book Robótica (disponível aqui) nos ajuda a entender melhor essa definição. “Um robô é um dispositivo mecânico articulado reprogramável, que consegue, de forma autônoma e recorrendo à sua capacidade de processamento obter informação do meio envolvente utilizando sensores, tomar decisões sobre o que deve fazer com base nessa informação e em informação à priori e manipular objetos do meio envolvente utilizando atuadores**“.

Você concorda comigo que a definição de robô é muito ampla? Mas como nós trabalhamos com a Microfluídica e a Engenharia Química, duas definições são importantes para nós: químico robótico e robô industrial.

Por ser uma área ainda bem recente, eu não encontrei uma definição exata de um químico robótico. Porém, em um artigo publicado na Nature por Mark Peplow é citado um dos objetivos dessa área, que é criar um dispositivo com a capacidade de fabricar qualquer molécula orgânica automaticamente. “Eu consideraria totalmente viável construir uma máquina de síntese que poderia fazer qualquer uma de bilhões de moléculas pequenas definidas sob demanda” disse Richard Whitby, um químico da Universidade de Southampton, Reino Unido.

Lembra do artigo do grupo escocês? O que eles fizeram basicamente foi construir um sistema de manuseio de líquido e desenvolveram um conjunto de instruções para esse sistema. Essa união permitiu que fosse criada uma máquina capaz de descobrir e cristalizar moléculas.

Assim, um químico robótico seria uma máquina com capacidade autônoma de realizar experimentos, processar os dados e usar a informação que ele coleta para selecionar novas experiências.

Isso é claro leitor, a definição que eu entendi da pesquisa que eu realizei. Se você tiver uma definição exata do termo, por favor deixe nos comentários.

Robô industrial

Os robôs industriais são mais fáceis de se definirem e de se entender. Eu gostei bastante dessa definição dada pelo Prof. Mário Luiz Tronco em uma apostila de aula (disponível aqui). “Um robô industrial é uma máquina manipuladora, com vários graus de liberdade, controlada automaticamente, reprogramável, multifuncional, que pode ter a base fixa ou móvel, para utilização em aplicações de automação industrial”. Esses tipos de robôs são bem comuns nos mais variados tipos de industrias.

Eles são constituídos basicamente de: braço (associado ao posicionamento no espaço físico) e punho (responsável pela orientação da garra, pinça etc); controlador (unidade responsável pela ativação das partes móveis); atuadores (motores elétricos, hidráulicos ou pneumáticos) e os sensores.

Tudo bem. Mas e a Engenharia Química? 

Primeiramente, gostaria de deixar claro leitor que nesse texto não vou me referi à automação de processos, ou seja, um conjunto de instruções e técnicas de modelagem matemática para um controle por computador e/ou automação de processos industriais, mas sim aos robôs industriais descritos anteriormente. Na Engenharia Química esses robôs podem ser utilizados nos seus diversos ramos, como o farmacêutico, de cosméticos, de eletrônica, alimentício e de bebidas. Além claro das indústrias petrolíferas, siderúrgica, aeronáutica etc.

Eles podem ser utilizados nas mais diversas aplicações, por exemplo: apertar parafusos; soldar; pintar; transportar peças de um lado para outro; moer, cortar e separar substâncias; empacotar mercadorias; manuseio em geral de materiais e produtos etc.

Outra utilização muito importante de robôs industriais na indústria é sem dúvidas o de proteger pessoas de trabalhar em ambientes perigosos e de manusear materiais perigosos. Os robôs podem lidar com produtos químicos que são explosivos ou manusear substâncias radioativas. Eles também podem executar tarefas que matariam pessoas ou mutilariam elas. “Os robôs são ideais para uso em ambientes perigosos, removendo as pessoas da exposição direta a condições hostis, como materiais radioativos ou altamente explosivos”, diz Isabelle Roberts, vice-presidente de Desenvolvimento de Negócios da BRIC Engineered Systems, Oshawa, Ontário, Canadá em uma entrevista ao site Robotics Industry Insights.

No campo da pesquisa, recentemente uma equipe de químicos e engenheiros químicos liderados por Stephen Buchwald e Klavs Jensen do Massachusetts Institute of Technology (MIT) desenvolveram um reator de fluxo automático que pode responder aos resultados de experimentos e determinar as condições ideais para reações catalíticas dentro de um único dia[1].

Imagine você leitor, tendo que realizar experimentos com objetivo de encontrar as condições ideais para uma reação catalítica. Você deve selecionar o sistema catalítico mais eficiente, além de avaliar variáveis contínuas, como a temperatura, o tempo e as concentrações de reagentes.  Esse procedimento pode levar facilmente a centenas de experiências separadas. Se você tivesse o sistema desenvolvido pelos pesquisadores do MIT, os seus problemas estariam resolvidos, kkkkk.

Isso porque o sisteme deles identificou condições ideais dentro de 96 experimentos, cada um tendo menos de dez minutos, para uma série de reações de acoplamentos cruzados Suzuki-Miyaura – importantes reações de formação de ligação carbono-carbono que são amplamente utilizadas na indústria. Brandon Reizman, um dos colaboradores do projeto diz: “O sistema robótico que apresentamos aqui conduz suas próprias experiências, processa os dados e usa a informação que ele coleta para selecionar novos experimentos para otimizar cada reação, semelhante a que um químico faria”.

Ryan Hartman, especialista em química de fluxo e microsistemas da Universidade de Nova York, EUA, elogia a pesquisa como uma “contribuição vital tanto na química sintética quanto na Engenharia Química”. Comentando o significado do novo sistema, ele diz que “A automação de reatores em escala de laboratório é um dos mais importantes, e desafiantes feitos de Engenharia Química que poderiam revolucionar a forma como descobrimos a ciência no século XXI”.

Percebeu leitor a importância dos robôs na Engenharia Química? Eles não só podem ajudar os engenheiros químicos na indústria, nas mais diversas tarefas, mas também pode nos ajudar nas pesquisas, para descobrir novos materiais, compostos ou processos.

Os robôs vão substituir os engenheiros químicos?

Aí você pensa. A Robótica e a Inteligência Artificial estão avançando rapidamente nos nossos dias. E se os dois tipos de robôs apresentados anteriormente forem unidos? Se você unir um robô industrial com um químico robótico para fabricar um engenheiro químico robótico. Como ficaria os engenheiros químicos humanos?

Uma matéria do O GLOBO (disponível aqui) com base em uma reportagem do The Economist mostra uma tabela de profissões e suas probabilidades de serem assumidas por robôs nos próximos 20 anos. Da tabela, os operadores de telemarketing tem 99% de chances de serem assumidas por robôs. Já os engenheiros químicos aparecem com 0,2% de chances. Ufa! Ainda bem,  kkkk. Isso nos mostra que pelo menos por enquanto, nós NÃO seremos substituídos por robôs.

Algumas reportagens defendem que os robôs são benéficos para todos. Por exemplo, o texto Os robôs são o futuro, mas mantenha a calma de Bruno Torres (disponível aqui) defende que nós iremos ganhar mais agilidade, economia e conquistar melhores resultados. “Precisamos aceitar que as máquinas corrigem erros e potencializam a qualidade humana, desta forma conseguiríamos nos focar nas coisas que realmente deveríamos, isso significa que conseguimos multiplicar os números positivos de forma muito forte.” disse Bruno Torres. O autor também defende que as mudanças ocasionadas pela robótica impulsionaram a qualificação profissional em diversas áreas e isso seria uma grande vantagem perto das máquinas programadas. O autor termina o texto da seguinte forma: “Os dois lados possuem uma sintonia e isso significa que o momento é de adaptação, de preparação para ser ainda mais qualificado, mais estratégico, já que os robôs irão precisar de alguém que os programem, refinem e controlem.”

Claro que essas reportagens não olham diretamente para a Engenharia Química e nem levam em consideração as últimas pesquisas dos químicos robóticos. Um engenheiro químico robótico poderia atuar em todo o processo químico desde a preparação da matéria-prima até a análise do produto e decidir onde atuar nesse processo para aumentar a produtividade. Ele poderia manusear peças, cortar, apertar, soldar, trabalhar em ambientes perigosos, além de realizar pesquisa/experimentos, processar os dados e usar a informação que ele mesmo coleta para propor novos produtos e processos. Se esse tipo de robô irá nos substituir só o tempo dirá.

Claro que isso é um cenário muito distante ou pode ser só imaginação da minha cabeça.

Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature 512, 20–22 (07 August 2014) DOI:10.1038/512020a


* A Cristalização é uma operação de separação onde, partindo de uma mistura líquida (solução ou sólido fundido-magma) se obtêm cristais de um dos componentes da mistura, com 100% de pureza. Na cristalização criam-se as condições termodinâmicas que levam as moléculas a aproximarem-se e a agruparem-se em estruturas altamente organizadas, os Cristais. Fonte: Portal de Engenharia Química

** Atuador é um elemento que produz movimento, atendendo a comandos que podem ser manuais, elétricos ou mecânicos. Como exemplo, pode-se citar atuadores de movimento induzido por cilindros pneumáticos (pneumática), cilindros hidráulicos (hidráulica), motores hidráulicos e motores pneumáticos (dispositivos rotativos com acionamento de diversas naturezas). Estes mecanismos transformam, em geral, a energia de entrada (diversas naturezas) em movimentos que se pode considerar energia cinética. Fonte: WIKIPÉDIA

[1] B J Reizman et alReact. Chem. Eng., 2016, DOI: 10.1039/C6RE00153J 


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Sobre Harrson S. Santana

Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.

Uma resposta para Os Robôs e os Engenheiros Químicos

  1. Jonata Soares diz:

    Já existe um robo automatizador de interesses que pesquisa sobre qualquer nicho,
    acha pessoas interessadas em comprar um produto/serviço.
    Ele pesquisa nas maiores redes socias e you tube…

    Eu particularmente recomendo essa ferramenta.

    O site oficial é esse : http://bit.ly/RobtMilion

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