با هوشمندتر، فشرده تر و قدرتمندتر شدن ربات های انسان نما، مدیریت حرارتی از یک فناوری پشتیبان به یکی از مهمترین چالش های طراحی تبدیل شده است.

ربات های انسان نمای مدرن، پردازنده های هوش مصنوعی، پردازنده های گرافیکی، واحدهای پردازش عصبی، درایورهای موتور، باتری ها، سنسورها و کنترلرهای تعبیه شده را در ساختارهای مکانیکی بسیار فشرده ادغام می کنند. استنتاج مداوم هوش مصنوعی، ادراک بصری، ناوبری SLAM و کنترل حرکت، گرمای قابل توجهی تولید می کنند که مستقیماً بر عملکرد محاسباتی، دقت موقعیت یابی، عمر باتری و قابلیت اطمینان کلی سیستم تأثیر می گذارد.

بدون یک راه حل مدیریت حرارتی مؤثر، گرمای بیش از حد ممکن است منجر به موارد زیر شود:

• کاهش سرعت پردازنده هوش مصنوعی به دلیل حرارت
• گرم شدن بیش از حد درایور موتور
• انحراف دمای سنسور
• پیری باتری
• خاموش شدن کنترلر
• کاهش زمان کارکرد ربات

این مقاله چالش های حرارتی ربات های انسان نما را توضیح می دهد و نشان می دهد که چگونه مواد رابط حرارتی پیشرفته (TIMs) می توانند راندمان خنک کننده و قابلیت اطمینان طولانی مدت را به طور قابل توجهی بهبود بخشند.

برخلاف تجهیزات صنعتی معمولی، ربات های انسان نما چندین قطعه الکترونیکی پرقدرت را در یک ساختار فشرده با جریان هوای محدود ادغام می کنند.

منابع اصلی گرما شامل موارد زیر است:

با ادامه پیشی گرفتن قابلیت محاسباتی هوش مصنوعی از 200 TOPS، مدیریت حرارتی برای حفظ عملکرد پایدار و به حداکثر رساندن عملکرد ضروری می شود.

پردازنده های هوش مصنوعی مدرن در طول وظایف مداوم ادراک، برنامه ریزی و تصمیم گیری، چگالی حرارتی بسیار بالایی تولید می کنند.

کاهش سرعت حرارتی می تواند عملکرد محاسباتی هوش مصنوعی را به طور قابل توجهی کاهش دهد و بر پاسخگویی ربات تأثیر منفی بگذارد.

پدهای حرارتی فوق العاده نرم

مزایا:

• رسانایی حرارتی عالی
• مقاومت حرارتی پایین
• عایق الکتریکی
• تماس بدون تنش
• عملکرد قابل اعتماد طولانی مدت

در یکی از کاربردهای مشتری، دمای پردازنده از 98.5 درجه سانتیگراد به 80 درجه سانتیگرادکاهش یافت و به کاهش دما به میزان 18.5 درجه سانتیگراد دست یافت و در عین حال کاهش سرعت حرارتی را حذف کرد.

موتورهای مفصلی به طور مداوم تحت شرایط گشتاور بالا کار می کنند.

MOSFET ها و IGBT ها افزایش سریع دما را تجربه می کنند که باعث کاهش راندمان و قابلیت اطمینان طولانی مدت می شود.

مواد تغییر فاز (PCM)

مزایا شامل:

• مقاومت حرارتی رابط بسیار پایین
• جذب حرارت گذرا عالی
• عملکرد پایدار تحت چرخه حرارتی مکرر

نتایج کاربرد نشان داد که دمای MOSFET ها از 112 درجه سانتیگراد به 94 درجه سانتیگرادکاهش یافته و عملیات مداوم در بار کامل را به بیش از 2 ساعت حاصل شده است.

سیستم های بینایی، انکودرهای دقیق و دست های رباتیک چابک نیاز به سنجش بسیار دقیقی دارند.

نوسانات دما ممکن است منجر به موارد زیر شود:

• انحراف سنسور
• خطاهای موقعیت یابی
• کاهش دقت حرکت

ژل حرارتی قابل توزیع

مزایا:

• پر کردن شکاف عالی
• تنش مکانیکی کم
• عدم خروج در اثر لرزش
• مناسب برای توزیع خودکار

ژل های حرارتی به حفظ دقت سنسور کمک می کنند و در عین حال عملکرد قابل اعتماد را تحت لرزش مداوم تضمین می کنند.

سیستم های باتری در حین شارژ و دشارژ گرمای قابل توجهی تولید می کنند.

تلرانس های ساختاری بزرگ بین ماژول های باتری و محفظه ها به مواد رابط حرارتی با قابلیت فشرده سازی بالا نیاز دارند.

پدهای حرارتی با فشرده سازی بالا + ژل حرارتی

مزایا شامل:

• قابلیت پر کردن شکاف بزرگ
• عایق الکتریکی عالی
• یکنواختی حرارتی بهبود یافته
• افزایش عمر باتری

آزمایش مشتریان نشان داد که تقریباً 20% بهبود در چرخه عمر باتری حاصل شده است.

کنترلرها در محیط های خشن کار می کنند که در آن لرزش، ضربه و تغییرات دما به طور همزمان رخ می دهد.

ترکیب حرارتی

مزایا شامل:

• اتلاف گرما
• عایق الکتریکی
• جذب ضربه
• حفاظت محیطی
• قابلیت اطمینان طولانی مدت

ترکیب های حرارتی، مدیریت حرارتی را با حفاظت محیطی ادغام می کنند و دوام کنترلر را به طور قابل توجهی بهبود می بخشند.

یک توسعه دهنده پیشرو در هوش مصنوعی تجسم یافته و ربات های انسان نما، یک راه حل مدیریت حرارتی سفارشی را با ترکیب پدهای حرارتی، ژل های حرارتی، مواد تغییر فاز و ترکیبات حرارتی پیاده سازی کرد.

معماری حرارتی بهینه شده، بهبودهای قابل توجهی را به همراه داشت:

این بهبودها امکان محاسبات پایدار هوش مصنوعی را در حالی که زمان کارکرد ربات را افزایش می داد و قابلیت اطمینان کلی سیستم را بهبود می بخشید، فراهم کرد.

انتخاب ماده مناسب به اندازه شکاف، الزامات رسانایی حرارتی، تنش مکانیکی، مقاومت در برابر لرزش و عایق الکتریکی بستگی دارد.

پدهای حرارتی فوق العاده نرم و مواد تغییر فاز معمولاً برای به حداقل رساندن مقاومت حرارتی و در عین حال محافظت از بسته های نیمه هادی حساس استفاده می شوند.

ژل حرارتی برای شکاف های نامنظم یا فوق العاده کوچک ایده آل است، در حالی که پدهای حرارتی برای شکاف های بزرگتر که نیاز به عایق الکتریکی و مونتاژ آسان دارند، مناسب تر هستند.

مواد تغییر فاز مقاومت حرارتی کمتری، مونتاژ تمیزتر و قابلیت اطمینان طولانی مدت بهبود یافته ای را بدون مشکلات خروج ارائه می دهند.

بله. با کاهش اختلاف دما در سلول های باتری، مواد رابط حرارتی به بهبود تعادل حرارتی و افزایش چرخه عمر باتری کمک می کنند.

بیشتر الکترونیک ربات به مواد رابط حرارتی عایق الکتریکی برای جلوگیری از اتصال کوتاه و در عین حال حفظ انتقال حرارت کارآمد نیاز دارند.

با ادامه ادغام پردازنده های هوش مصنوعی قدرتمندتر، سنسورهای پیشرفته و الکترونیک قدرت با چگالی بالا در ربات های انسان نما، مدیریت حرارتی نقش فزاینده ای در عملکرد کلی سیستم ایفا خواهد کرد.

مواد رابط حرارتی پیشرفته - از جمله پدهای حرارتی، ژل های حرارتی، مواد تغییر فاز و ترکیبات حرارتی - به کاهش دمای پردازنده، بهبود راندمان باتری، افزایش قابلیت اطمینان کنترلر و افزایش عمر مفید ربات کمک می کنند.

یک راه حل مدیریت حرارتی که به درستی طراحی شده باشد دیگر اختیاری نیست؛ این یک فناوری کلیدی توانمندساز برای نسل بعدی هوش مصنوعی تجسم یافته و رباتیک هوشمند است.