Este artigo científico analisa a integração da Inteligência Artificial (IA) nos sistemas mecatrônicos modernos, detalhando sua transição de automações rígidas para entidades autônomas e adaptáveis. Os autores exploram tecnologias fundamentais como aprendizado de máquina, redes neurais profundas e aprendizagem por reforço, aplicadas em setores como robótica, manufatura inteligente e saúde. O texto destaca como essas inovações otimizam a percepção, o controle e a manutenção preditiva, fundamentando a evolução para a Indústria 5.0. Além dos avanços, a obra discute obstáculos críticos, incluindo a segurança, interpretabilidade de algoritmos e restrições computacionais em hardware embarcado. Por fim, o estudo projeta direções futuras voltadas para a sustentabilidade, ética e colaboração harmônica entre humanos e máquinas.