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Progressi nella tecnologia di lavorazione dei gomma

23 aprile 2020

La Toyo Tire Corporation (sede centrale: Itami, Prefettura di Hyogo; Presidente e CEO: Takashi Shimizu, di seguito "Toyo Tire") mira a sviluppare e a fornire pneumatici ad alte prestazioni in grado di soddisfare le esigenze della società, tramite il progresso delle innovazioni tecnologiche della "Nano Balance Technology", la nostra piattaforma esclusiva di sviluppo di materiali in gomma. Nel contesto del programma Nano Balance Technology, siamo lieti di annunciare che, per il primo pneumatico, abbiamo sviluppato tecnologie che utilizzano la scienza dei materiali computazionale (materials informatics, di seguito "MI")1 per prevedere le proprietà e ottimizzare la struttura dei materiali in gomma.

1Questa tecnologia sfrutta l'intelligenza artificiale (AI) e altre tecnologie per favorire la scoperta di materiali nuovi e alternativi con un'efficienza maggiore rispetto ai metodi convenzionali.

Negli ultimi anni, si è fatto ricorso all'IA (l'apprendimento automatico o machine learning) e ad altre tecnologie nel processo di sviluppo dei materiali, ma la tecnologia MI lo rivoluzionerà. Lo sviluppo di materiali è sempre proceduto per tentativi e fallimenti, il che richiede molto tempo e si basa sull'esperienza degli ingegneri e sulla sperimentazione ripetuta. Dal 2018, Toyo Tire utilizza la tecnologia MI, basata sulle nostre risorse di dati accumulate, per convalidare la tecnologia predittiva di formule e proprietà fisiche. Grazie a una migliore precisione della tecnologia, abbiamo anche confermato l'applicazione estesa dei dati di riferimento, nel 2019, per esempio, li abbiamo messi in relazione a informazioni esterne. In prospettiva futura, svilupperemo un ambiente in cui i nostri dati interni potranno essere utilizzati in modalità completa ed efficiente. Faremo ricorso anche a metodi di analisi innovativi e dati predittivi per realizzare nuovi materiali utilizzando la tecnologia MI, la quale ottimizza fortemente lo sviluppo, e per creare prodotti ad alte prestazioni, con, al contempo, una riduzione dei tempi e dei costi di sviluppo.

Sviluppo della mescola con fonti di dati
La gomma è un materiale composito, realizzato unendo additivi e altri ingredienti al polimero, il materiale di base. Ogni ingrediente influisce direttamente sulle caratteristiche del prodotto, e richiede, pertanto, un controllo avanzato in termini di tipologia e quantità, nonché un adattamento del metodo di lavorazione. L'introduzione della tecnologia MI ci consente di costruire un sistema che effettua previsioni delle proprietà e delle mescole estremamente precise. Ciò permette uno sviluppo efficiente dei materiali con test ridotti al minimo. Il sistema mette in atto un modello di regressione non lineare², il quale può fare previsioni estese che si spingono oltre le conoscenze esistenti, importando informazioni esterne in un database. Questo sistema sarà utilizzato anche nello sviluppo dei materiali ad alte prestazioni. ²Si riferisce ai dati illustrati da una funzione basata sulla relazione non lineare tra le variabili utilizzate per le previsioni.
²This refers to data modeled by a function based on the nonlinear relationship between the variables used for predictions.

Utilizzo della tecnologia digitale per sviluppare nuovi materiali
Nel campo della Nano Balance Technology, Toyo Tire utilizza vari strumenti per valutare gli elementi delle proprietà dei materiali per ciascuna struttura gerarchica e per individuare i problemi di sviluppo. I dati per le strutture materiali e chimiche ottenuti mediante analisi sono completamente diversi dai dati sulle proprietà dei materiali. Pertanto, tali dati sono stati utilizzati principalmente come informazioni per la previsione indiretta delle proprietà dei materiali. L'applicazione della nuova tecnologia MI all'analisi dei materiali ha permesso di calcolare i valori di riduzione delle proprietà dei materiali dalle informazioni strutturali. Dato che questa tecnologia si presta al problema inverso dell'ottimizzazione della struttura in base a valori di proprietà mirati, intendiamo applicarla ed espanderla al campo dello sviluppo di nuovi materiali. Tali tecnologie sono state realizzate in collaborazione con lo SAS Institute Japan Co., Ltd. (Presidente: Tetsuya Hotta). Toyo Tire sviluppa prodotti ad alte prestazioni e di alta qualità, puntando sia sullo sviluppo di materiali in gomma, la Nano Balance Technology, che sulla tecnologia di base per il design dei pneumatici, il T-MODE. Vogliamo inoltre esplorare il potenziale dell'utilizzo delle gomme come dispositivo di rilevamento e creare prodotti ad alto valore aggiunto che contribuiscano alla società mobile del domani. Per il futuro, Toyo Tire si propone di sfruttare appieno la tecnologia MI nel processo di sviluppo della gomma e migliorare il valore dei prodotti che sviluppiamo.³
³ SAS Institute Japan è un'azienda specializzata nell'analisi (https://www.sas.com/ja_jp/home.html), la quale promuove l'utilizzo della tecnologia AI e l'introduzione di soluzioni IoT avanzate per una vasta gamma di settori tramite software e servizi innovativi.

Nano Balance Technology
La Nano Balance Technology è una tecnologia mirata allo sviluppo di materiali in gomma ideali con elevata precisione attraverso l'osservazione, la previsione, la progettazione dei materiali e il controllo della produzione a livello molecolare (nano). Ce ne avvaliamo per ottenere un livello elevato di entrambe le prestazioni estreme, resistenza al rotolamento dei pneumatici (prestazioni a basso consumo di carburante) e prestazioni di frenata (aderenza sul bagnato), in modo da offrire una gamma di prodotti ad alto valore aggiunto. Inoltre, anche per pneumatici di autocarri e autobus, abbiamo lanciato una serie di prodotti realizzati utilizzando battistrada a basso consumo di carburante con una generazione di calore ottimale, basata sulla tecnologia di progettazione dei materiali Nano. Come accennato in precedenza, Toyo Tire sta promuovendo lo sviluppo di pneumatici per autoveicoli fondata su una combinazione della nostra tecnologia di base dei materiali in gomma e della tecnologia di base per la progettazione dei pneumatici. Queste innovazioni tecnologiche incentrate sull'IA nei settori della tecnologia di simulazione e della nuova tecnologia di rilevamento erano in corso ancor prima che adottassimo la tecnologia MI per i materiali in gomma. Eccone alcuni esempi.

Simulazioni in tempo reale mediante la nuova "T-MODE"
Pubblicato il 18 luglio 2019: https://www.toyotires-global.com/press/2019/190718_e.html)
Toyo Tire ha fatto progredire e sistematizzato il processo di sviluppo di pneumatici per autoveicoli, denominato T-MODE, creato originariamente come piattaforma di sviluppo per pneumatici per autoveicoli 20 anni fa. Toyo Tire è riuscito a integrare i dati raccolti dalle simulazioni eseguite in T-MODE utilizzando il SPDM. A febbraio di quest'anno abbiamo creato una tecnologia di simulazione in tempo reale rivoluzionaria che, utilizzando l'IA, è in grado di prevedere nell'immediato le prestazioni degli pneumatici. È stato preparato un diagramma gerarchico che traspone le specifiche di progettazione e le prestazioni degli pneumatici. Associando questo a metodologie di data science, siamo riusciti a visualizzare la relazione tra le specifiche di progettazione e le prestazioni degli pneumatici. Sulla base di questa relazione, abbiamo gestito l'apprendimento automatico utilizzando tali dati di simulazione e abbiamo potuto effettuare calcoli in breve tempo ed elaborare previsioni accurate.4 
4SPDM: abbreviazione di Simulation Process and Data Management. Un sistema di infrastrutture in grado di unificare tutte le tipologie di dati e di condividere processi standardizzati.

Utilizzo di "T-MODE" per la tecnologia di previsione della neve
(Pubblicato il 25 febbraio 2020 https://www.toyotires-global.com/press/2020/20200225_e.html
In precedenza, Toyo Tire aveva determinato un metodo per prevedere le prestazioni di trazione sulla neve di uno pneumatico in determinati tipi di qualità della neve (neve fresca e fanghiglia). Tuttavia, utilizzando la tecnologia base di simulazione T-MODE, di recente sviluppo, è ora possibile prevedere, con un livello di precisione elevato, le prestazioni di trazione sulla neve di uno pneumatico nell'ambiente reale in cui viene utilizzato. Toyo Tire ha potuto così visualizzare correttamente la deformazione dei blocchi e delle lamelle durante la frenata in vari ambienti in cui vengono utilizzati gli pneumatici. Il risultato è che oggi possiamo valutare con precisione quale disegno di battistrada sia più adatto allo specifico ambiente.

La tecnologia di rilevamento degli pneumatici Toyo Tire
(Pubblicato il 25 febbraio 2020: https://www.toyotires-global.com/press/2020/200214_e.html)
Toyo Tire sta sviluppando una tecnologia di rilevamento degli pneumatici che ne visualizza le prestazioni durante la guida in tempo reale, utilizzando lo pneumatico stesso come sensore, in combinazione con le tecnologie AI e digitali. Lo scopo è quello di raccogliere informazioni sullo pneumatico e sulle condizioni della strada durante la guida. Le gomme dell'auto che guidiamo sono completamente diverse, tutt'altro che uniformi, in base al tipo di utilizzo e alle condizioni di prestazione. Pertanto, le informazioni chiave saranno uniche per ogni auto. Dato che le gomme, l'unica parte di un'auto a contatto con il manto stradale, assumono via via un nuovo ruolo nella nuova società della mobilità, l'impegno di Toyo Tire è di creare nuovi valori attraverso un modello di open innovation.


 

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