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La technologie de traitement des matériaux en caoutchouc

23 avril 2020

Toyo Tire Corporation (Siège social : Ville d'Itami, Préfecture de Hyogo ; Président et PDG : Takashi Shimizu, ci-après "Toyo Tire") a pour objectif de développer et de fournir des pneus de haute performance qui peuvent répondre aux exigences de la société en faisant progresser les innovations technologiques de notre technologie exclusive, la "Nano Balance Technology ", notre plateforme de développement de matériaux en caoutchouc. Dans le prolongement de la technologie Nano Balance, nous sommes heureux d'annoncer que nous avons développé pour la première fois des technologies qui utilisent l'informatique des matériaux (ci-après, "MI")1 pour prédire les propriétés et optimiser la structure des matériaux en caoutchouc.
1Cette technologie utilise l'intelligence artificielle (IA) et d'autres technologies pour permettre la découverte de matériaux nouveaux et alternatifs avec une plus grande efficacité que les méthodes conventionnelles.

Ces dernières années, l'IA (apprentissage automatique) et d'autres technologies ont été utilisées dans le processus de développement de matériaux, mais la technologie MI est sur le point de changer le domaine du développement de matériaux. Le développement de matériaux a généralement été un processus d'essais et d'erreurs très long, reposant sur l'expérience des ingénieurs et sur des expérimentations répétées.
Depuis 2018, Toyo Tire utilise la technologie IM en s'appuyant sur nos actifs de données pour valider la technologie prédictive des recettes et des propriétés physiques. Grâce aux progrès de la technologie en termes de précision, nous avons également pu élargir l'application des données cibles, notamment en les reliant à des informations externes en 2019. À l'avenir, nous développerons un environnement dans lequel nos données internes pourront être utilisées pleinement et efficacement. Nous utiliserons également de nouvelles méthodes d'analyse et des données prédictives pour réaliser de nouveaux matériaux utilisant la technologie MI, qui optimise fortement le développement, afin de mettre au point des produits performants tout en réduisant le temps et le coût de développement.


Élaboration de recettes à l'aide de ressources de données
Le caoutchouc est un composite formé par l'ajout de charges et d'autres ingrédients au polymère de base. Chaque ingrédient affecte directement les caractéristiques du produit, ce qui nécessite un contrôle approfondi quant au type et à la quantité, ainsi que des ajustements dans la méthode de traitement. L'introduction de la technologie MI nous permet de développer un système qui crée des prédictions très précises des propriétés et des recettes, ce qui permet un développement efficace des matériaux avec un minimum de tests. Le système met en œuvre un modèle de régression non linéaire², qui peut faire des prédictions poussées qui vont au-delà des connaissances existantes, en important des informations externes dans une base de données. Ce système sera également utilisé pour le développement de matériaux à haute performance.
²Il s'agit de données modélisées par une fonction basée sur la relation non linéaire entre les variables utilisées pour les prédictions.

L'utilisation de la technologie numérique pour développer de nouveaux matériaux
Dans le domaine de la technologie Nano Balance, Toyo Tire utilise divers outils pour évaluer les éléments des propriétés des matériaux par chaque structure hiérarchique, et pour extraire les problèmes de développement. Les données relatives aux structures matérielles et chimiques obtenues par analyse sont entièrement différentes des données relatives aux propriétés des matériaux. Par conséquent, les données relatives aux structures matérielles et chimiques ont principalement été utilisées comme informations pour prédire indirectement les propriétés des matériaux. L'adoption de la nouvelle technologie MI pour l'analyse des matériaux a permis de calculer les valeurs de prédiction des propriétés des matériaux à partir des informations structurelles. Comme la technologie est confrontée au problème inverse de l'optimisation de la structure en fonction des valeurs de propriété visées, nous avons l'intention de l'appliquer et de l'étendre au domaine du développement de nouveaux matériaux. Ces technologies ont été développées en collaboration avec le SAS Institute Japan Co., Ltd. (Président : Tetsuya Hotta). Chez Toyo Tire, nous développons des produits performants et de haute qualité en s'appuyant à la fois sur notre propre technologie de développement de matériaux en caoutchouc, la technologie Nano Balance, et sur notre technologie de base de conception de pneus, le T-MODE. Nous avons également l'intention d'explorer le potentiel que représente l'utilisation des pneus comme dispositif de détection et de créer des produits à haute valeur ajoutée qui contribueront à la société mobile de demain. À l'avenir, Toyo Tire souhaite exploiter pleinement la technologie MI dans le processus de développement du caoutchouc et accroître la valeur des produits que nous développons³.
³ Le SAS Institute Japan est une entreprise leader dans le domaine de l'analyse (https://www.sas.com/ja_jp/home.html) qui encourage l'utilisation de la technologie de l'IA et le recours à des solutions avancées d'IdO pour un grand nombre d'industries au travers de logiciels et de services innovants.

La technologie Nano Balance
La technologie Nano Balance est une technologie permettant de développer des matériaux en caoutchouc optimaux avec une grande précision grâce à l'observation, la prédiction, la conception des matériaux et le contrôle de la production, au niveau moléculaire (nano). Nous utilisons cette technologie pour arriver à un niveau élevé de performance extrême, de résistance au roulement des pneus (faible consommation de carburant) et de performance de freinage (adhérence sur route mouillée), afin d'offrir une gamme de produits à haute valeur ajoutée.De plus, même pour les pneus de camions et d'autobus, nous avons lancé une série de produits fabriqués à partir de bandes de roulement à faible consommation de carburant qui ont une excellente capacité de génération de chaleur, en nous appuyant sur la technologie Nano de conception des matériaux. Comme nous l'avons déjà expliqué plus haut, chez Toyo Tire, nous faisons progresser le développement de pneus automobiles en combinant notre technologie de base relative aux matériaux de caoutchouc et notre technologie de base relative à la conception des pneus. Nos innovations technologiques qui utilisent l'IA dans les domaines de la technologie de simulation et des nouvelles technologies de détection étaient déjà utilisées avant même que nous n'adoptions la technologie MI pour les matériaux en caoutchouc. Voici quelques exemples.

Simulations en temps réel à l'aide du nouveau "T-MODE".
(Publié le 18 juillet 2019 : https://www.toyotires-global.com/press/2019/190718_e.html)
Toyo Tire a développé et systématisé le processus de développement des pneus de véhicules automobiles, appelé T-MODE, que l'entreprise a créé à l'origine en tant que plate-forme de développement pour les pneus de véhicules automobiles il y a 20 ans. Toyo Tire a réussi à intégrer des données collectées lors de simulations effectuées en T-MODE en utilisant le SPDM. En février de cette année, nous avons mis au point une technologie révolutionnaire de simulation en temps réel qui, grâce à l'IA, permet de prédire immédiatement les performances des pneus. Nous avons élaboré un diagramme hiérarchique qui recoupe les spécifications de conception et les performances des pneus. En combinant cette technologie avec des méthodologies de science des données, nous avons réussi à visualiser la relation entre les spécifications de conception des pneus et leur performance. À partir de cette relation, nous avons procédé à un apprentissage automatique en utilisant ces données de simulation et avons constaté qu'il était possible de faire des calculs en peu de temps et de parvenir à des prédictions précises4.
4SPDM : Abréviation de Simulation Process and Data Management. Un système d'infrastructure qui peut unifier toutes les formes de données et partager des processus normalisés.

L'utilisation du "T-MODE" pour la technologie de prévision neige
(Publié le 25 février 2020 : https://www.toyotires-global.com/press/2020/20200225_e.html
Auparavant, Toyo Tire avait mis au point une méthode permettant de prédire les performances de traction d'un pneu sur des types de neige spécifiques (neige fraîche et neige fondue). Cependant, grâce à la nouvelle technologie simulation T-MODE, il est maintenant possible de prédire avec un haut niveau de précision les performances de traction d'un pneu dans l'environnement réel dans lequel il est utilisé. Cela a permis à Toyo Tire de visualiser précisément la déformation des blocs et des lamelles lors du freinage dans les différents environnements dans lesquels les pneus sont utilisés. Par conséquent, nous pouvons maintenant déterminer correctement le dessin de la bande de roulement le mieux adapté à l'environnement prévu.

Le concept de la technologie de détection des pneus de Toyo Tire
(Publié le 25 février 2020 : https://www.toyotires-global.com/press/2020/200214_e.html)
Toyo Tire développe une technologie de détection des pneus qui visualise en temps réel les performances des pneus lors de la conduite en utilisant le pneu comme un capteur en l'associant à l'IA et aux technologies numériques pour détecter des informations sur le pneu et les conditions de la route pendant la conduite. Les pneus de la voiture que nous conduisons sont tous différents, c'est-à-dire loin d'être uniformes, en raison de leur utilisation passée et des conditions de performance. Les informations essentielles pour chaque voiture seront donc différentes. Étant donné que les pneus - la seule partie d'une voiture qui est en contact avec la surface de la route - joueront un nouveau rôle dans la nouvelle société de la mobilité, Toyo Tire entend créer de nouvelles valeurs par le biais de l'innovation ouverte.