トーヨータイヤ、人工知能を用いたゴム材料の最適化技術を開発

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トーヨータイヤは、社会の要請に応える高性能なタイヤを開発、提供するために、独自のゴム材料開発基盤技術「Nano Balance Technology(ナノバランステクノロジー)」の技術革新を継続的に進めている。また、マテリアルズ・インフォマティクス(以下、MI)を利用したゴム材料の特性予測技術や材料構造の最適化技術を開発した。

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  1. 短時間で高性能な製品を作るMI技術
  2. MI技術で効率的な材料開発を実現
  3. デジタル技術を新材料開発に利用
  4. 製品レベルの底上げを可能にするMI技術
  5. Nano Balance Technologyについて

短時間で高性能な製品を作るMI技術

近年、材料開発のプロセスにおいてもAIや機械学習などが用いられ始め、MI技術によって、その領域の潮流は変わりつつある。これまでは技術者の経験値と繰り返し実施する実験による試行錯誤のなかで新素材へのアプローチを行なってきたことから、開発には相当量の時間を要していた。

トーヨータイヤでは、資産としてストックした既存データをベースに、2018年よりMI技術を用いた配合と物性の予測技術の検証を本格的に実施。技術の精度を向上し、2019年には外部情報との紐づけといった対象データの拡大適用も検証できた。

今後、保有データをフルに有効活用できる環境を整備するとともに、従来にない視点での解析方法や予測データを用い、開発を高度に最適化するMI技術を駆使した新素材の実現を進め、「高性能な製品開発」と「開発時間短縮・コスト低減」の両立を図っていく。

MI技術で効率的な材料開発を実現

ゴム材料は主要原料であるポリマーに補強剤、各種薬剤が添加された複合材料。いずれの薬剤も製品特性に直接作用するため、その種類や量、また、加工方法の調整による複雑な制御が必要である。

今回、MI技術を導入して特性や配合の推測値を高精度に出力するシステムを構築したことにより、最小限のテストで効率的な材料開発が可能となった。システムには予測に使用する変数間の非線形な関係を関数としてモデル化した非線形推定モデルを実装しており、データベースに外部情報を取り込むことでこれまでの知見を超えた拡張予測を行ない、高性能材料の開発にも活用していく。

デジタル技術を新材料開発に利用

トーヨータイヤでは、Nano Balance Technologyの「分析」の領域において、多様なツールを活用しながら、材料特性の要素を階層別に構造分析、あるいは評価し、開発上の課題を抽出。

取得した材料構造や化学構造はデータの次元が異なるため、これまでは主に間接的に特性を推測するための情報として活用してきたが、今回、開発したMI技術を採用したことで、これら構造情報から材料特性の推測値を算出することができるようになった。

さらに、「目標とする特性値から構造を最適化する」という逆問題にも応用できることから、新材料の開発領域にも適用・拡大を進めていく。

なお、これらの技術は、SAS Institute Japan株式会社との協業で実現した。

製品レベルの底上げを可能にするMI技術

トーヨータイヤでは、独自のゴム材料基盤技術「Nano Balance Technology」とタイヤ設計基盤技術「T-MODE(ティーモード)」の両輪を基軸として確立し、双方を連携させて高性能・高品質な製品の開発を行なっている。また、タイヤそのものをセンシングデバイスとして活用していく可能性を追求し、将来のモビリティ社会に貢献できる付加価値の高い製品を創出していく方針だ。

今後、トーヨータイヤはゴム材料開発プロセスにおいてMI技術をフルに生かし、開発製品のさらなる価値の向上を図っていく。

Nano Balance Technologyについて

Nano Balance Technologyは、「分析/解析/素材設計/加工」という4つの体系を横断的に統合し、ゴム材料をナノ(分子)レベルで観察、予測、機能創造、精密制御することによって、理想的なゴム材料開発を実現していく基盤技術。

トーヨータイヤは、この技術を乗用車用低燃費タイヤなどにも採用し、タイヤの転がりのよさ(低燃費性能)と制動性(ウェットグリップ性能)といった二律背反する性能を高次元で両立するなど、より付加価値の高い商品群を提供している。また、トラック・バス用タイヤにおいても同様に、Nano Balance Technologyの素材設計技術による発熱性に優れた配合の低燃費トレッドを採用した商品群の市場投入を行なっている。

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