Réduction de la température du processeur d'IA de 18,5°C pour les robots humanoïdes

Aperçu

Alors que les robots humanoïdes évoluent de machines capables de mouvement à des systèmes autonomes intelligents, la gestion thermique est devenue un défi majeur. Les processeurs d'IA haute performance, les pilotes de moteur, les capteurs, les batteries et les modules d'alimentation génèrent une chaleur importante au sein de structures mécaniques extrêmement compactes. Ziitek fournit des solutions de gestion thermique complètes qui améliorent la fiabilité du système, préviennent la limitation thermique et maximisent les performances de calcul de l'IA.

Contexte client

Le client est une entreprise nationale de haute technologie de premier plan, spécialisée dans l'IA incarnée et le développement de robots humanoïdes. L'entreprise dessert les marchés de la robotique de service commercial, des robots de compagnie domestiques et des applications d'automatisation industrielle.

Points clés :

• Plus de 300 employés
• Plus de 60 % du personnel en R&D
• Sites de production à Shenzhen et Suzhou
• Capacité annuelle prévue dépassant 50 000 unités
• Robots humanoïdes dotés de plus de 41 degrés de liberté
• Capacité de calcul IA dépassant 200 TOPS
• Marchés d'exportation en Amérique du Nord, Europe, Japon et Corée du Sud

Avec l'augmentation continue de la puissance de calcul de l'IA et des fonctionnalités des robots, la gestion thermique est devenue l'un des obstacles les plus critiques à la commercialisation des produits.

Défi 1 : Surcharge thermique du processeur d'IA

Les processeurs d'IA haute performance et les NPU génèrent des densités de chaleur dépassant 150W/cm² lors des tâches continues de SLAM, de perception et de prise de décision. Les méthodes de refroidissement traditionnelles ne peuvent pas dissiper efficacement la chaleur dans les architectures compactes des robots.

Solution Ziitek — Pad thermique ultra-souple TIF700RUS

• Conductivité thermique : 8,5 W/m·K
• Tension de claquage : >5000 VAC
• Dureté ultra-faible pour un contact sans contrainte

Résultats

• Température de jonction du processeur réduite de 98,5 °C à 80 °C
• Réduction de la température jusqu'à 18,5 °C
• Élimination du bridage thermique
• Performances de calcul IA complètes et soutenues assurées

Défi 2 : Surchauffe du pilote de moteur d'articulation

Les MOSFETs et IGBTs du pilote de moteur fonctionnent avec un couple de sortie élevé et continu, ce qui provoque une augmentation rapide de la température et une réduction de l'efficacité.

Solution Ziitek — Matériau à changement de phase PCM-TIC800H

• Conductivité thermique : 7,5 W/m·K
• Température de changement de phase : 50–60 °C
• Résistance thermique d'interface considérablement réduite

Résultats

• Température des MOSFETs réduite de 112°C à 94°C
• Durée de fonctionnement à pleine charge prolongée à plus de 2 heures
• Fiabilité du moteur et stabilité du couple améliorées

Défi 3 : Interférences thermiques des capteurs

Les capteurs de précision et les mains robotiques agiles contiennent des micromoteurs et des composants de signalisation densément assemblés, très sensibles aux contraintes mécaniques et à la dérive de température.

Solution ZIITEK — TIF090-11 Gel thermique

• Gel thermique monocomposant applicable par dépose
• Excellentes propriétés thixotropiques
• Adapté aux interstices de l'ordre du micromètre
• Pas d'effet de pompage (pump-out) dans des conditions de vibration

Résultats

• Précision des capteurs améliorée
• Performances stables sous vibrations continues
• Tests de vibration rigoureux réussis

Défi 4 : Accumulation de chaleur dans le pack batterie et le châssis

Les systèmes de batterie et les modules de puissance génèrent une chaleur importante, tandis que les structures complexes des robots présentent des interstices irréguliers allant de 3 à 5 mm.

Solution ZIITEK

• Pad thermique haute compression TIF100-30-11S
• TIF090-11 Gel thermique

Résultats

• Uniformité de la température améliorée sur l'ensemble du corps du robot
• Différences de température de la batterie réduites
• Durée de vie de la batterie augmentée d'environ 20%
• Isolation électrique et sécurité renforcées

Défi 5 : Protection du contrôleur et fiabilité environnementale

Les contrôleurs de moteur nécessitent à la fois une dissipation thermique et une isolation électrique lorsqu'ils fonctionnent dans des environnements à fortes vibrations.

Solution ZIITEK — TIG680 Composé d'enrobage thermique de la série

• Souple et élastique
• Absorption des chocs
• Conductivité thermique : 2,8 W/m·K
• Indice d'inflammabilité UL94 V-0
• Conception réusinable

Résultats

• Gestion thermique intégrée et protection environnementale
• Résistance améliorée aux chocs et aux vibrations
• Fiabilité à long terme améliorée

Contexte du projet

En 2023, le client a rencontré de graves problèmes thermiques lors des tests de prototypes. Après environ 45 minutes de fonctionnement continu impliquant des accroupissements, la manipulation d'objets et la navigation autonome, le robot a subi des retards de mouvement, un blocage des articulations et un arrêt du contrôleur en raison d'une surchauffe.

Les tests ont révélé :

• Température du processeur IA : 98,5 °C
• Température du MOSFET du pilote de moteur : 112 °C

Le client exigeait une solution thermique qui :

• Préserve une conception mécanique compacte
• Préserve la résistance structurelle
• Fonctionne de manière fiable de -20 °C à 60 °C
• Supporte des charges de travail d'IA de longue durée

L'architecture thermique à trois niveaux de ZIITEK

Niveau 1 : Refroidissement des articulations et du module d'alimentation

Matériau : PCM-TIC800H Matériau à changement de phase

• Absorbe les pics thermiques
• Réduit la résistance thermique de plus de 70 %
• Stabilise le fonctionnement à haute charge

Niveau 2 : Refroidissement de l'informatique IA et de la gestion de l'alimentation

Matériau : Coussinets thermiques TIF700RUS

• Transfert de chaleur efficace
• Excellente isolation électrique
• Protection d'interface ultra-souple

Niveau 3 : Conduction thermique structurelle et de la batterie

Matériaux : Coussinets thermiques TIF100-30-11S · TIF090-11 Gel thermique

• Comble les grands écarts de tolérance
• Utilise le châssis du robot comme dissipateur de chaleur
• Améliore l'équilibre thermique de la batterie

Tests de validation

Test de performance thermique :

• Fonctionnement continu de 72 heures
• Charge de travail de calcul IA complète
• Toutes les températures critiques sont restées en dessous des limites de conception

Tests de fiabilité :

• 1 000 cycles de choc thermique
• Plage de température : -40 °C à 85 °C
• Aucune fissure, fuite ou dégradation thermique observée

Chronologie de la collaboration

Produits recommandés

Conclusion

À mesure que les robots humanoïdes deviennent de plus en plus intelligents et puissants, la gestion thermique n'est plus une simple fonction de soutien : c'est un facteur essentiel qui détermine la fiabilité du système, les performances de l'IA et la durée de vie du produit.

Grâce à son portefeuille complet de matériaux d'interface thermique, de matériaux à changement de phase, de gels thermiques et de composés d'enrobage, Ziitek fournit des solutions thermiques fiables pour les processeurs d'IA, les pilotes de moteur, les capteurs, les systèmes de batterie et les unités de commande robotiques.

Ziitek reste engagé à soutenir l'avenir de l'IA incarnée et de la robotique intelligente avec des technologies de gestion thermique avancées.