■ロボットは動く発熱体
ロボットは、見た目以上に大量のエネルギーを使う。
なぜなら、
● モーター
● バッテリー
● 制御基板
● AI演算
● センサー など、発熱源の集合体だからだ。
特に人型ロボットでは、小型で、人間のように動くことが求められる。
つまり、
● 小さい
● 高出力
● 高密度
● 長時間稼働 という、熱的には非常に厳しい条件になる。
■特に難しいのが関節
ロボットの熱問題で、今後特に重要になるのが、
関節部だと考えられている。
なぜなら関節には、
● モーター
● ギア
● センサー
● 制御系
● 配線
などが集中するからだ。
しかも、人間のように動かそうとすると、
● 小型
● 高トルク
● 高速応答 が必要になる。
つまり、小さいのに大量に発熱するという状況が発生する。
■なぜ熱が問題になるのか
ロボットでは、単純に熱くなるだけでは済まない。
例えば、
● モーター効率低下
● センサー誤差
● バッテリー劣化
● 部品寿命低下
● 潤滑性能低下
● 制御精度低下 などが起きる。
さらに人型ロボットでは、人に触れるという問題がある。
つまり、熱くなりすぎると、
● 低温火傷
● 不快感
● 安全性低下 につながる可能性がある。
■ロボットは静かに冷やす必要がある
ここで面白いのは、ロボットでは、単純な大型冷却ファンが使いづらいことだ。
なぜなら、
● 音がうるさい
● 重い
● 消費電力増加
● 可動部が増える
● 小型化できない からである。
つまりロボットでは、
静かに、軽く、小さく、安全に冷やす必要がある。
これは非常に難しい。
■ロボット時代は熱 × 軽量 × 柔軟性の時代
未来のロボットでは、
● 軽い
● 柔らかい
● 人に安全
● 長時間動く
● 高出力 が同時に求められる。
つまり今後は、
熱 × 軽量 × 柔軟性 × 安全性
の複合問題になっていく。
ここが非常に難しい。
■AI搭載でさらに熱が増える
さらに今後は、ロボット内部でAI演算も増えていく。
つまり、
● 動く
● 考える
● 認識する
● 通信する を、ロボット内部で同時に行うようになる。
すると、脳と筋肉が同時発熱するような状態になる。
これは、人間型ロボットにおいて、非常に大きな課題になる可能性が高い。
■研究者視点
冷やしながら動かす技術へ
現在研究されているのは、
● 高効率モーター
● 軽量放熱材
● フレキシブル熱材料
● 放熱構造
● 小型液冷
● 次世代バッテリー
● AI制御熱管理 など。
今後は、動かすだけではなく、熱を制御しながら動かす技術が重要になる。
■現場視点
ロボットは接触で熱問題が変わる
現場では、さらに難しい問題が起きる。
例えば、
● 関節内部の狭小空間
● 曲がる部分の接触不安定
● 配線との干渉
● 振動
● 繰り返し動作
● 異種材料接触
● 長期耐久性 など。
つまり、理論上は冷えると、
実際に安定して冷えるは全く違う。
■ロボット時代は薄い機能部材が増える
未来のロボットでは、
● 薄い
● 軽い
● 柔軟
● 高機能 な部材が大量に必要になる。
例えば、
● 放熱
● 絶縁
● ノイズ対策
● 緩衝
● 固定
● 防水 など。
しかもそれらを、狭い空間へ高精度に実装する必要がある。
■OTIS視点で重要なこと
OTIS視点では、ロボット熱問題は、冷却装置だけの話ではない。
重要なのは、
● 微細加工
● 薄膜加工
● 高精度貼り合わせ
● 曲面対応
● 軽量化
● 異種材料接触
● 自動化供給
● 量産安定性 である。
特にロボットでは、
小さい・薄い・軽い・柔らかいが重要になるため、
熱の最後の1mmの難易度がさらに上がる。
■OTISでできること
OTISでは、
● 微細加工
● 高精度打ち抜き
● 薄膜加工
● 高精度ラミネート
● 熱対策材料加工
● 絶縁材加工
● 曲面追従材料加工
● 自動化供給対応 などを通じて、
ロボット内部で使える機能部材の量産成立に貢献できる可能性がある。
■OTISの専門外
一方でOTISは、
● ロボット設計
● モーター開発
● AI制御開発
● バッテリー開発
● ロボットOS開発 を専門とする会社ではない。
しかし、機能部材を量産工程で成立させるという領域では、重要な役割を担える可能性がある。
■まとめ
ロボットの未来は熱との共存で決まる
未来のロボットは、
● より人間らしく
● より小さく
● より高出力に
● より長時間 動くようになっていく。
しかしその裏では、熱が大きな制約条件になる。
つまり未来のロボット競争は、どれだけ賢く動くかだけではなく、
どれだけ熱を成立できるかでも決まる時代になるのかもしれない。
そしてその裏側では、熱の最後の1mmを支える技術が、ますます重要になっていく。
コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。
※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。
