ヒューマノイドロボットのAIプロセッサ温度を18.5°C低減

概要

ヒューマノイドロボットが単に動作可能な機械からインテリジェントな自律システムへと進化するにつれて、熱管理が重要な課題となっています。高性能AIプロセッサ、モータードライバー、センサー、バッテリー、および電源モジュールは、非常にコンパクトな機械構造内で大量の熱を発生させます。Ziitekは、システムの信頼性を向上させ、サーマルスロットリングを防ぎ、AIコンピューティング性能を最大化する包括的な熱管理ソリューションを提供します。

お客様の背景

お客様は、エンボディドAIとヒューマノイドロボット開発を専門とする、中国国内有数のハイテク企業です。同社は、商用サービスロボット、家庭用コンパニオンロボット、および産業オートメーション分野に製品を提供しています。

主なハイライト：

• 従業員300人以上
• 研究開発担当者が60%以上
• 深圳と蘇州に生産拠点
• 計画年間生産能力50,000台超
• 41以上の自由度を持つヒューマノイドロボット
• 200 TOPSを超えるAIコンピューティング能力
• 北米、ヨーロッパ、日本、韓国への輸出市場

AIの処理能力とロボットの機能が向上し続けるにつれて、熱管理は製品の商業化における最も重要な障壁の一つとなりました。

課題1：AIプロセッサの熱過負荷

高性能AIプロセッサおよびNPUは、SLAM、知覚、意思決定タスクの連続実行中に150W/cm²を超える熱密度を発生させます。従来の冷却方法では、コンパクトなロボットアーキテクチャ内で熱を効果的に放散させることはできません。

Ziitekのソリューション — TIF700RUS 超柔軟性サーマルパッド

• 熱伝導率：8.5 W/m·K
• 絶縁破壊電圧： >5000 VAC
• 応力フリーの接触を実現する超低硬度

結果

• プロセッサーの接合部温度が98.5°Cから80°Cに低下
• 最大18.5°Cの温度低下
• サーマルスロットリングを解消
• AIコンピューティングの持続的なフルパフォーマンスを実現

課題2：関節モータードライバーの過熱

モータードライバーのMOSFETおよびIGBTは、継続的な高トルク出力で動作し、急激な温度上昇と効率低下を引き起こします。

Ziitekのソリューション — PCM-TIC800H フェーズチェンジマテリアル

• 熱伝導率：7.5 W/m·K
• 相変化温度：50–60°C
• 界面熱抵抗を大幅に低減

結果

• MOSFETの温度が112°Cから94°Cに低下
• 全負荷稼働時間を2時間以上に延長
• モーターの信頼性とトルクの安定性を向上

課題3：センサーの熱干渉

高精度センサーや巧緻なロボットハンドには、高密度に実装されたマイクロモーターや信号部品が含まれており、これらは機械的応力や温度ドリフトに非常に敏感です。

Ziitekのソリューション — TIF090-11 サーマルゲル

• 1液性塗布可能サーマルゲル
• 優れたチクソトロピー性
• ミクロンレベルのギャップに対応
• 振動条件下でのポンプアウトなし

結果

• センサーの精度を向上
• 継続的な振動下で安定した性能を発揮
• 厳格な振動試験に合格

課題4：バッテリーパックとシャーシの蓄熱

バッテリーシステムと電源モジュールは大量の熱を発生させますが、一方で複雑なロボット構造には3～5 mmに及ぶ不規則なギャップが存在します。

Ziitekのソリューション

• TIF100-30-11S 高圧縮サーマルパッド
• TIF090-11 サーマルゲル

結果

• ロボット本体全体の温度均一性を改善
• バッテリーの温度差を低減
• バッテリーのサイクル寿命を約20%延長
• 電気絶縁性と安全性を向上

課題5：コントローラーの保護と環境信頼性

モーターコントローラーは、高振動環境での動作中に、熱放散と電気絶縁の両方が必要です。

Ziitekのソリューション — TIG680 シリーズ 熱伝導性ポッティングコンパウンド

• 柔軟性と弾力性
• 衝撃吸収
• 熱伝導率: 2.8 W/m·K
• UL94 V-0 難燃性等級
• リワーク可能な設計

結果

• 統合された熱管理と環境保護
• 衝撃および振動への耐性の向上
• 長期信頼性の向上

プロジェクトの背景

2023年、顧客はプロトタイプのテスト中に深刻な熱問題に直面しました。スクワット、物体操作、自律航行を含む約45分間の連続動作後、ロボットは過熱による動作遅延、関節のロックアップ、コントローラーのシャットダウンを経験しました。

テストで判明したこと：

• AIプロセッサの温度：98.5°C
• モータードライバーMOSFETの温度：112°C

顧客は、以下の要件を満たす熱対策ソリューションを必要としていました：

• コンパクトな機械設計を維持
• 構造強度を維持
• -20°Cから60°Cの範囲で確実に動作
• 長時間のAIワークロードをサポート

Ziitekの3レベル熱設計

レベル1：関節および電源モジュールの冷却

材料：PCM-TIC800H 相変化材料

• 熱スパイクを吸収
• 熱抵抗を70%以上低減
• 高負荷動作の安定化

レベル2：AIコンピューティングおよび電源管理の冷却

材料：TIF700RUS サーマルパッド

• 効率的な熱伝達
• 優れた電気絶縁性
• 超柔軟な界面保護

レベル3：構造部およびバッテリーの熱伝導

材料：TIF100-30-11S サーマルパッド・TIF090-11 サーマルジェル

• 大きな公差ギャップを充填
• ロボットフレームをヒートスプレッダとして活用
• バッテリーの熱バランスを改善

検証試験

熱性能試験：

• 72時間の連続稼働
• 完全なAIコンピューティングワークロード
• すべての重要箇所の温度が設計限界値を下回ることを確認

信頼性試験：

• 1,000回の熱衝撃サイクル
• 温度範囲： -40°C～85°C
• ひび割れ、漏れ、熱劣化は見られず

協力のタイムライン

推奨製品

結論

ヒューマノイドロボットがますますインテリジェントでパワフルになるにつれ、熱管理は単なる補助的な機能ではなく、システムの信頼性、AIのパフォーマンス、製品寿命を決定する重要な要素となっています。

ZIITEKは、サーマルインターフェースマテリアル、相変化材料、サーマルジェル、ポッティングコンパウンドの包括的なポートフォリオを通じて、AIプロセッサ、モータードライバー、センサー、バッテリーシステム、ロボット制御ユニットに信頼性の高い熱対策ソリューションを提供します。

ZIITEKは、先進的な熱管理技術で、エンボディドAIとインテリジェントロボティクスの未来をサポートすることに引き続き尽力してまいります。