Pesquisa da UFSCar aplica algoritmos quânticos à logística industrial
Projeto do MAI/DAI resultou na contratação de doutorando por empresa parceira para implementar solução desenvolvida no estudo
A aproximação entre universidades e empresas tem ampliado o desenvolvimento de soluções tecnológicas voltadas a desafios concretos da indústria. Na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), um estudo conduzido no Programa de Pós-Graduação em Física (PPGF) utiliza inteligência artificial e algoritmos quânticos para otimizar processos de logística industrial.
A pesquisa integra o Programa de Mestrado e Doutorado Acadêmico para Inovação (MAI/DAI), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), e já resultou na contratação de um doutorando envolvido no projeto pelo Centro de Pesquisas Avançadas Wernher von Braun (CPA Wernher von Braun), parceiro da iniciativa.
O trabalho foi aplicado a um problema recorrente na indústria automobilística: a organização de estoques que abastecem linhas de montagem. Nessas fábricas, diferentes componentes - como pneus, portas e outros itens - precisam chegar exatamente no momento em que são requisitados na produção. Qualquer atraso na entrega de uma peça pode interromper o fluxo de montagem e gerar prejuízos operacionais.
"Um dos principais desafios estava no gerenciamento dos itens no estoque e na definição da melhor forma de organizar as peças para reduzir o tempo de manuseio. Quando um componente demora para chegar à linha de montagem, a produção pode ser interrompida, o que gera impactos operacionais", explica Celso Jorge Villas Boas, docente do Departamento de Física (DF) da UFSCar e orientador do projeto.
Mesmo com sistemas informatizados de controle, a organização física dos estoques ainda provocava atrasos. Como o espaço disponível é limitado, diferentes peças acabam sendo armazenadas nas mesmas prateleiras. "Muitas vezes você tem uma peça A na frente e uma peça B lá atrás. Se a produção quer a B, o operador precisa retirar a peça A, recolocá-la depois e então acessar a B. Esse processo leva tempo e continuava gerando atrasos", exemplifica o pesquisador.
Para enfrentar o problema, o grupo desenvolveu um método capaz de indicar a melhor forma de distribuir os componentes no estoque, reduzindo a necessidade de retirar e recolocar peças durante a operação. "Otimizamos o processo e, com o uso de algoritmos quânticos, conseguimos reduzir em cerca de 90% esse problema de reinserção. Simulamos o estoque com condições reais da fábrica e mostramos que realmente existem vantagens", afirma Villas Boas.
Esses algoritmos exploram princípios da mecânica quântica, como a superposição de estados, que permite avaliar simultaneamente diferentes combinações possíveis de organização dos itens. Esse tipo de abordagem é particularmente útil em situações com grande número de variáveis, comuns em sistemas logísticos complexos. "Tecnologias quânticas são uma nova fronteira baseada em princípios da mecânica quântica. Acredita-se que têm potencial de serem extremamente disruptivas, e uma delas é a computação quântica. Esse novo tipo de processamento permite realizar operações que seriam inimagináveis nos computadores que temos atualmente", explica o docente.
Os resultados do estudo já deram origem a artigos científicos e a um pedido de patente desenvolvido em parceria entre a Universidade e a empresa.
Conexão entre universidade e empresa
A colaboração que viabilizou o projeto surgiu a partir da intermediação da Agência de Inovação da UFSCar (AIn.UFSCar), responsável por aproximar pesquisadores e instituições interessadas em desenvolver soluções tecnológicas em parceria com a Universidade, por meio do Programa MAI/DAI, iniciativa do CNPq que busca fortalecer a pesquisa, o empreendedorismo e a inovação nas Instituições Científicas, Tecnológicas e de Inovação (ICT), por meio do envolvimento de estudantes de graduação e pós-graduação em projetos de interesse do setor empresarial, mediante parceria com empresas.
Segundo Villas Boas, essa mediação é fundamental para aproximar dois ambientes que operam com dinâmicas diferentes. "A empresa procurou a Agência de Inovação em busca de especialistas que trabalhassem com tecnologias quânticas, e foi assim que a parceria começou. Esse papel de conexão é fundamental, porque muitas vezes a universidade detém o conhecimento e a empresa apresenta a demanda, mas esses dois ambientes nem sempre se encontram de forma direta", relata.
Foi nesse contexto que o doutorando do PPGF, Gabriel Pedro Lima Moysés Fernandes - bolsista do projeto no âmbito do MAI/DAI -, foi contratado pelo CPA Wernher von Braun para atuar na implementação da tecnologia desenvolvida durante sua pesquisa. "A contratação permitirá que o pesquisador acompanhe a aplicação prática da solução no ambiente industrial, participando da adaptação do método às rotinas da fábrica e da avaliação dos resultados obtidos no processo produtivo", afirma o docente.
A próxima etapa será testar a solução diretamente no ambiente industrial. Inicialmente, o sistema deverá operar em paralelo ao modelo já utilizado pela empresa, permitindo comparar o desempenho das duas abordagens antes de uma eventual adoção definitiva. "Simular no computador é um passo importante, mas a validação no ambiente industrial traz desafios adicionais. Ainda assim, estamos otimistas, porque trabalhamos com condições muito próximas das encontradas na fábrica", conclui Villas Boas.
Para o doutorando, a experiência no âmbito do MAI/DAI foi determinante para sua formação acadêmica e profissional. "O programa foi especialmente importante para mim, pois me permitiu uma aproximação direta com os times de desenvolvimento do Centro de Pesquisas Avançadas Wernher von Braun. Essa interação foi fundamental para entender, na prática, como a academia e a indústria podem trabalhar em sincronia, desenvolvendo aplicações baseadas em ciência fundamental", destaca Fernandes.
Segundo o pesquisador, além dos resultados já alcançados, o grupo segue avançando em novas frentes de pesquisa. "Estamos desenvolvendo outras investigações que expandem essa abordagem para áreas ainda mais amplas, explorando o potencial das tecnologias quânticas em diferentes contextos industriais e científicos", finaliza.
Na UFSCar, o MAI/DAI é coordenado pela AIn.UFSCar, em parceria com as pró-reitorias de Pesquisa, Pós-Graduação e Extensão, promovendo a interação entre grupos de pesquisa e empresas interessadas em transformar conhecimento científico em soluções tecnológicas com impacto na sociedade. Mais informações sobre o programa estão disponíveis em https://maidai.ufscar.br.
A pesquisa integra o Programa de Mestrado e Doutorado Acadêmico para Inovação (MAI/DAI), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), e já resultou na contratação de um doutorando envolvido no projeto pelo Centro de Pesquisas Avançadas Wernher von Braun (CPA Wernher von Braun), parceiro da iniciativa.
O trabalho foi aplicado a um problema recorrente na indústria automobilística: a organização de estoques que abastecem linhas de montagem. Nessas fábricas, diferentes componentes - como pneus, portas e outros itens - precisam chegar exatamente no momento em que são requisitados na produção. Qualquer atraso na entrega de uma peça pode interromper o fluxo de montagem e gerar prejuízos operacionais.
"Um dos principais desafios estava no gerenciamento dos itens no estoque e na definição da melhor forma de organizar as peças para reduzir o tempo de manuseio. Quando um componente demora para chegar à linha de montagem, a produção pode ser interrompida, o que gera impactos operacionais", explica Celso Jorge Villas Boas, docente do Departamento de Física (DF) da UFSCar e orientador do projeto.
Mesmo com sistemas informatizados de controle, a organização física dos estoques ainda provocava atrasos. Como o espaço disponível é limitado, diferentes peças acabam sendo armazenadas nas mesmas prateleiras. "Muitas vezes você tem uma peça A na frente e uma peça B lá atrás. Se a produção quer a B, o operador precisa retirar a peça A, recolocá-la depois e então acessar a B. Esse processo leva tempo e continuava gerando atrasos", exemplifica o pesquisador.
Para enfrentar o problema, o grupo desenvolveu um método capaz de indicar a melhor forma de distribuir os componentes no estoque, reduzindo a necessidade de retirar e recolocar peças durante a operação. "Otimizamos o processo e, com o uso de algoritmos quânticos, conseguimos reduzir em cerca de 90% esse problema de reinserção. Simulamos o estoque com condições reais da fábrica e mostramos que realmente existem vantagens", afirma Villas Boas.
Esses algoritmos exploram princípios da mecânica quântica, como a superposição de estados, que permite avaliar simultaneamente diferentes combinações possíveis de organização dos itens. Esse tipo de abordagem é particularmente útil em situações com grande número de variáveis, comuns em sistemas logísticos complexos. "Tecnologias quânticas são uma nova fronteira baseada em princípios da mecânica quântica. Acredita-se que têm potencial de serem extremamente disruptivas, e uma delas é a computação quântica. Esse novo tipo de processamento permite realizar operações que seriam inimagináveis nos computadores que temos atualmente", explica o docente.
Os resultados do estudo já deram origem a artigos científicos e a um pedido de patente desenvolvido em parceria entre a Universidade e a empresa.
A colaboração que viabilizou o projeto surgiu a partir da intermediação da Agência de Inovação da UFSCar (AIn.UFSCar), responsável por aproximar pesquisadores e instituições interessadas em desenvolver soluções tecnológicas em parceria com a Universidade, por meio do Programa MAI/DAI, iniciativa do CNPq que busca fortalecer a pesquisa, o empreendedorismo e a inovação nas Instituições Científicas, Tecnológicas e de Inovação (ICT), por meio do envolvimento de estudantes de graduação e pós-graduação em projetos de interesse do setor empresarial, mediante parceria com empresas.
Segundo Villas Boas, essa mediação é fundamental para aproximar dois ambientes que operam com dinâmicas diferentes. "A empresa procurou a Agência de Inovação em busca de especialistas que trabalhassem com tecnologias quânticas, e foi assim que a parceria começou. Esse papel de conexão é fundamental, porque muitas vezes a universidade detém o conhecimento e a empresa apresenta a demanda, mas esses dois ambientes nem sempre se encontram de forma direta", relata.
Foi nesse contexto que o doutorando do PPGF, Gabriel Pedro Lima Moysés Fernandes - bolsista do projeto no âmbito do MAI/DAI -, foi contratado pelo CPA Wernher von Braun para atuar na implementação da tecnologia desenvolvida durante sua pesquisa. "A contratação permitirá que o pesquisador acompanhe a aplicação prática da solução no ambiente industrial, participando da adaptação do método às rotinas da fábrica e da avaliação dos resultados obtidos no processo produtivo", afirma o docente.
A próxima etapa será testar a solução diretamente no ambiente industrial. Inicialmente, o sistema deverá operar em paralelo ao modelo já utilizado pela empresa, permitindo comparar o desempenho das duas abordagens antes de uma eventual adoção definitiva. "Simular no computador é um passo importante, mas a validação no ambiente industrial traz desafios adicionais. Ainda assim, estamos otimistas, porque trabalhamos com condições muito próximas das encontradas na fábrica", conclui Villas Boas.
Para o doutorando, a experiência no âmbito do MAI/DAI foi determinante para sua formação acadêmica e profissional. "O programa foi especialmente importante para mim, pois me permitiu uma aproximação direta com os times de desenvolvimento do Centro de Pesquisas Avançadas Wernher von Braun. Essa interação foi fundamental para entender, na prática, como a academia e a indústria podem trabalhar em sincronia, desenvolvendo aplicações baseadas em ciência fundamental", destaca Fernandes.
Segundo o pesquisador, além dos resultados já alcançados, o grupo segue avançando em novas frentes de pesquisa. "Estamos desenvolvendo outras investigações que expandem essa abordagem para áreas ainda mais amplas, explorando o potencial das tecnologias quânticas em diferentes contextos industriais e científicos", finaliza.
Na UFSCar, o MAI/DAI é coordenado pela AIn.UFSCar, em parceria com as pró-reitorias de Pesquisa, Pós-Graduação e Extensão, promovendo a interação entre grupos de pesquisa e empresas interessadas em transformar conhecimento científico em soluções tecnológicas com impacto na sociedade. Mais informações sobre o programa estão disponíveis em https://maidai.ufscar.br.
anexos:
Projeto resultou na contratação de doutorando para implementar a solução no mercado (Foto: Freepik)
Contato para esta matéria: Adriana Arruda Telefone: (16) 33518478
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