Khi robot hình người ngày càng thông minh, nhỏ gọn và mạnh mẽ, quản lý nhiệt đã phát triển từ một công nghệ hỗ trợ thành một trong những thách thức thiết kế quan trọng nhất.

Robot hình người hiện đại tích hợp bộ xử lý AI, GPU, NPU, trình điều khiển động cơ, pin, cảm biến và bộ điều khiển nhúng trong các cấu trúc cơ khí cực kỳ nhỏ gọn. Suy luận AI liên tục, nhận thức hình ảnh, điều hướng SLAM và điều khiển chuyển động tạo ra nhiệt lượng đáng kể ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tính toán, độ chính xác định vị, tuổi thọ pin và độ tin cậy tổng thể của hệ thống.

Nếu không có giải pháp quản lý nhiệt hiệu quả, nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến:

• Giảm hiệu suất do quá nhiệt bộ xử lý AI
• Quá nhiệt trình điều khiển động cơ
• Trôi nhiệt độ cảm biến
• Lão hóa pin
• Tắt bộ điều khiển
• Giảm thời gian hoạt động của robot

Bài viết này giải thích các thách thức nhiệt mà robot hình người phải đối mặt và chứng minh cách Vật liệu giao diện nhiệt (TIM) tiên tiến có thể cải thiện đáng kể hiệu quả làm mát và độ tin cậy lâu dài.

Không giống như thiết bị công nghiệp thông thường, robot hình người tích hợp nhiều thành phần điện tử công suất cao vào một cấu trúc nhỏ gọn với luồng không khí hạn chế.

Các nguồn nhiệt chính bao gồm:

Khi khả năng tính toán AI tiếp tục vượt quá 200 TOPS, quản lý nhiệt trở nên cần thiết để duy trì hoạt động ổn định và tối đa hóa hiệu suất.

Các bộ xử lý AI hiện đại tạo ra mật độ nhiệt cực cao trong các tác vụ nhận thức, lập kế hoạch và ra quyết định liên tục.

Giảm hiệu suất do quá nhiệt có thể làm giảm đáng kể hiệu suất tính toán AI và ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng phản hồi của robot.

Miếng đệm nhiệt siêu mềm

Lợi ích:

• Độ dẫn nhiệt tuyệt vời
• Điện trở nhiệt thấp
• Cách điện
• Tiếp xúc không gây ứng suất
• Hiệu suất lâu dài đáng tin cậy

Trong một ứng dụng khách hàng, nhiệt độ bộ xử lý giảm từ 98,5°C xuống 80°C, đạt mức giảm nhiệt độ 18,5°C trong khi loại bỏ hiện tượng giảm hiệu suất do quá nhiệt.

Các động cơ khớp liên tục hoạt động trong điều kiện mô-men xoắn cao.

MOSFET và IGBT trải qua sự gia tăng nhiệt độ nhanh chóng, làm giảm hiệu quả và độ tin cậy lâu dài.

Vật liệu thay đổi pha (PCM)

Ưu điểm bao gồm:

• Điện trở nhiệt giao diện cực thấp
• Hấp thụ nhiệt tức thời tuyệt vời
• Hiệu suất ổn định dưới chu kỳ nhiệt lặp lại

Kết quả ứng dụng cho thấy nhiệt độ MOSFET giảm từ 112°C xuống 94°C, kéo dài thời gian hoạt động liên tục ở tải đầy lên hơn 2 giờ.

Hệ thống thị giác, bộ mã hóa chính xác và tay robot khéo léo yêu cầu cảm biến cực kỳ chính xác.

Biến động nhiệt độ có thể dẫn đến:

• Trôi cảm biến
• Lỗi định vị
• Giảm độ chính xác chuyển động

Gel nhiệt có thể phân phối

Lợi ích:

• Điền đầy khe hở tuyệt vời
• Ứng suất cơ học thấp
• Không bị chảy ra dưới rung động
• Thích hợp cho việc phân phối tự động

Gel nhiệt giúp duy trì độ chính xác của cảm biến đồng thời đảm bảo hoạt động đáng tin cậy dưới rung động liên tục.

Hệ thống pin tạo ra nhiệt đáng kể trong quá trình sạc và xả.

Dung sai cấu trúc lớn giữa các mô-đun pin và vỏ yêu cầu vật liệu giao diện nhiệt có khả năng nén cao.

Miếng đệm nhiệt nén cao + Gel nhiệt

Ưu điểm bao gồm:

• Khả năng điền đầy khe hở lớn
• Cách điện tuyệt vời
• Cải thiện độ đồng đều nhiệt
• Kéo dài tuổi thọ pin

Thử nghiệm của khách hàng cho thấy khoảng 20% cải thiện tuổi thọ chu kỳ pin.

Bộ điều khiển hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, nơi rung động, va đập và biến động nhiệt độ xảy ra đồng thời.

Hợp chất đổ khuôn nhiệt

Lợi ích bao gồm:

• Tản nhiệt
• Cách điện
• Hấp thụ sốc
• Bảo vệ môi trường
• Độ tin cậy lâu dài

Hợp chất đổ khuôn tích hợp quản lý nhiệt với bảo vệ môi trường, cải thiện đáng kể độ bền của bộ điều khiển.

Một nhà phát triển hàng đầu về AI hiện thân và robot hình người đã triển khai một giải pháp quản lý nhiệt tùy chỉnh kết hợp miếng đệm nhiệt, gel nhiệt, vật liệu thay đổi pha và hợp chất đổ khuôn nhiệt.

Kiến trúc nhiệt được tối ưu hóa đã mang lại những cải tiến đáng kể:

Những cải tiến này cho phép tính toán AI ổn định đồng thời kéo dài thời gian hoạt động của robot và nâng cao độ tin cậy tổng thể của hệ thống.

Việc lựa chọn vật liệu phù hợp phụ thuộc vào kích thước khe hở, yêu cầu về độ dẫn nhiệt, ứng suất cơ học, khả năng chống rung và cách điện.

Miếng đệm nhiệt siêu mềm và vật liệu thay đổi pha thường được sử dụng để giảm thiểu điện trở nhiệt đồng thời bảo vệ các gói bán dẫn nhạy cảm.

Gel nhiệt lý tưởng cho các khe hở không đều hoặc siêu nhỏ, trong khi miếng đệm nhiệt phù hợp hơn cho các khe hở lớn hơn yêu cầu cách điện và lắp ráp dễ dàng.

Vật liệu thay đổi pha cung cấp điện trở nhiệt thấp hơn, lắp ráp sạch hơn và độ tin cậy lâu dài được cải thiện mà không gặp sự cố chảy ra.

Có. Bằng cách giảm chênh lệch nhiệt độ giữa các cell pin, vật liệu giao diện nhiệt giúp cải thiện cân bằng nhiệt và kéo dài tuổi thọ chu kỳ pin.

Hầu hết các bộ phận điện tử của robot yêu cầu vật liệu giao diện nhiệt cách điện để ngăn ngừa đoản mạch đồng thời duy trì truyền nhiệt hiệu quả.

Khi robot hình người tiếp tục tích hợp các bộ xử lý AI mạnh mẽ hơn, cảm biến tiên tiến và điện tử công suất mật độ cao, quản lý nhiệt sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Vật liệu giao diện nhiệt tiên tiến — bao gồm miếng đệm nhiệt, gel nhiệt, vật liệu thay đổi pha và hợp chất đổ khuôn nhiệt — giúp giảm nhiệt độ bộ xử lý, cải thiện hiệu quả pin, nâng cao độ tin cậy của bộ điều khiển và kéo dài tuổi thọ dịch vụ của robot.

Một giải pháp quản lý nhiệt được thiết kế phù hợp không còn là tùy chọn; đó là một công nghệ hỗ trợ chính cho AI hiện thân và robot thông minh thế hệ tiếp theo.