APQ社のフラッグシップ搭載型インテリジェンスコントローラーTER40J-A6を二足歩行ヒューマノイドロボットに採用
二足歩行型ヒューマノイドロボットは、身体化された知能技術の集大成と言える。人間そっくりの形状は、人間の作業環境へのスムーズな適応を可能にし、工業生産、商業サービス、特殊作戦など幅広い分野での応用が期待される。しかし、二足歩行構造がもたらす動的なバランス調整の難しさは、他のロボット形態に比べて、コア制御システムに遥かに高い要求を課す。すなわち、知覚、意思決定、制御という一連の処理をミリ秒単位で完了させなければならないのである。
複数回の評価と厳格な現場検証を経て、顧客は最終的に、APQ社の主力製品である組み込み型インテリジェンスコントローラTER40J-A6を、次世代二足歩行ヒューマノイドロボットの中核制御プラットフォームとして選定した。
- 極限のAIコンピューティング需要：二足歩行ヒューマノイドロボットは、環境認識、意味理解、タスク計画などの複雑なAIタスクを実行するために、マルチモーダルな大規模モデルをエッジでリアルタイムに実行する必要があり、そのためには1000TOPSレベルのAI性能が求められる。
- 同期型マルチチャンネルHDビデオ取得：このロボットは360度の環境認識を実現するために複数のHDカメラを必要とし、そのためコントローラは複数のGMSL2カメラインターフェースとGNSS時刻同期機能をサポートする必要がある。
- 高速ネットワークとリアルタイム産業信号の共存：大規模なデータバックホールとトレーニングデータ抽出のために10GbEクラスのネットワークが必要となるだけでなく、ロボットのすべての関節モーターを駆動するためにEtherCAT産業用リアルタイムイーサネットプロトコルもサポートする必要がある。
- リアルタイム統合型ビッグブレイン／スモールブレイン制御：二足歩行には極めて短い動作制御サイクルが求められる。従来の「分離型ビッグブレインとスモールブレイン」アーキテクチャでは通信遅延が大きくなり、高度に動的な二足歩行のリアルタイム要件を満たせないため、コンピューティングと制御を統合したアーキテクチャが不可欠となる。
- 豊富な産業用通信インターフェース：コントローラは、ジョイントサーボモータ、力センサ、IMU、LiDAR、その他のデバイスと同時にインターフェースする必要があり、複数のCAN FDチャネル、シリアルポート、GPIO、およびその他の広範なインターフェースを必要とする。
- 高ダイナミック動作における耐振動性：走る、跳ぶ、踊るなどの非常にダイナミックな動きをする際、二足歩行ヒューマノイドロボットは激しい振動と衝撃にさらされるため、コントローラーには優れた防振設計とロック機構を備えたインターフェース構造が求められる。
- ビッグブレイン機能とスモールブレイン機能を統合し、2070 TFLOPSのAI性能を実現：TER40J-A6は、NVIDIA Jetson Thor T5000コアモジュールを搭載し、最大2070 TFLOPS（FP4スパース）のAI性能を実現します。Jetson AGX Orinプラットフォームと比較すると、CPUコア数の増加とCPU性能の約2～3倍という飛躍的な向上を遂げています。このレベルの演算能力により、二足歩行ヒューマノイドロボットは、大規模な視覚言語モデル、マルチモーダル知覚モデル、複雑なタスクプランニングアルゴリズムをエッジでリアルタイムに実行できるようになり、「知覚」から「意思決定」まで、エンドツーエンドのインテリジェント処理を真に実現します。
- パノラマ認識のための8つのGMSL2カメラインターフェース：TER40J-A6は、8つのGMSL2カメラインターフェースを標準装備し、GNSS時刻同期に対応しています。これらの8つのカメラインターフェースは複数のHDカメラに直接接続でき、二足歩行ヒューマノイドロボットの360度死角のない環境認識を可能にします。GNSS時刻同期により、複数の画像ストリーム間で正確な位置合わせが保証され、SLAMマッピング、ターゲット追跡、動的障害物回避などのコア機能に高品質なデータサポートを提供します。
- 統合コンピューティング・制御アーキテクチャ：ビッグブレイン／スモールブレインの分離を解消する：Jetson Thorプラットフォームをベースに構築されたTER40J-A6は、身体化された知能のためのフラッグシップ統合型ビッグブレイン/スモールブレインコントローラとして位置づけられています。AIの知覚と意思決定という「ビッグブレイン」の役割を担うだけでなく、豊富な産業用通信インターフェースを介してリアルタイムモーション制御という「スモールブレイン」の役割も担い、真に統一されたビッグブレイン/スモールブレイン設計を実現しています。このアーキテクチャは、従来の「ビッグブレイン＋スモールブレイン」分離型ソリューションにおける通信遅延による制御遅延を根本的に解消し、二足歩行における高ダイナミックなリアルタイム制御のための強固なハードウェア基盤を提供します。
- 複数デバイス統合のための包括的な産業用通信アップグレード：TER40J-A6は、二足歩行ヒューマノイドロボットアプリケーション向けに包括的なインターフェースアップグレードを実施しました。2×10GbEポート+4×独立したギガビットイーサネットポート（一部のギガビットポートはEtherCATをサポート）：10GbEポートにより、大規模モデルのトレーニングデータを迅速に抽出でき、AIアルゴリズムの継続的な反復と最適化のための高品質な素材を提供します。ギガビット ポートは、ジョイント サーボ通信、LiDAR アクセス、バックエンド通信に専用することができ、混雑なくトラフィックを分離できます。4× CAN FD チャネル: 二足歩行ヒューマノイド ロボットのジョイント サーボ駆動システムと直接インターフェースして、多軸高精度同期制御を実現します。2× RS232/RS485 ポート: 力センサーや IMU などの周辺機器を安定して接続します。16× GPIO チャネル: アラーム出力、ステータス表示、その他のアクチュエータ インターフェースの拡張を容易にします。詳細なカスタマイズ要件を満たすための追加の I2C、SPI、TTL、PPS_IN、および 2× PWM インターフェース。高速ストレージ、産業用カメラ、音声モジュール、レーダー、力センサー、その他のデバイスを接続するための 3× USB 10Gbps + 1× USB 5Gbps ポート。ローカルデバッグおよび視覚化のための 1× HDMI ディスプレイ インターフェース。
- 高ダイナミック動作に対応する全面防振設計：二足歩行ヒューマノイドロボットのコントローラは、走る、跳ぶ、踊るなどの非常にダイナミックな動作中、継続的な高強度の振動と衝撃にさらされます。TER40J-A6は、インターフェースレベルでフルチェーンの体系的な防振設計を採用しています。GMSLカメラインターフェースは、激しい動きの中でも複数のHDカメラを確実に接続できるように、ラッチロック構造を内蔵しています。ネットワークインターフェースは、Mini I/Oフォームファクタを採用し、ロック機構も備えているため、従来のRJ45コネクタに比べて優れた耐振動性を実現しています。USBインターフェースは、ポートの周囲にネジ取り付け位置を確保しており、ケーブルを固定することでさらに強化できます。この完全なインターフェース構成により、コントローラは、ダンスや宙返りなどの複雑で高ダイナミックかつ高衝撃の動作を実行するプロトタイプロボットを安定してサポートできます。
- ワイヤレス拡張性と産業グレードの信頼性：TER40J-A6は、NVMe SSD拡張用のM.2 Key-Mスロット、4G/5Gモジュール拡張用のM.2 Key-Bスロット、Wi-Fi/Bluetoothモジュール拡張用のM.2 Key-Eスロットをサポートしています。側面には、メンテナンスやアップグレードを容易にするためのデバッグおよびフラッシュインターフェースとSIMカードスロットが用意されています。本体サイズはわずか168.2×130×72.6mmで、インテリジェントアクティブファン冷却を採用し、12～28VDCの広範囲電源入力に対応、動作温度範囲は-20～50℃、保管温度範囲は-40～80℃で、厳しい振動および衝撃試験に合格しています。
- コンピューティングのボトルネックを完全に解消：2070 TFLOPSという超高性能AIにより、マルチモーダルな大規模モデルをエッジでリアルタイムに実行できます。環境認識、意味理解、タスクプランニングといった複雑なAIタスクの応答速度は、従来のソリューションを凌駕する飛躍的な向上を実現し、二足歩行ヒューマノイドロボットが単に「歩ける」レベルから「考え、意思決定できる」レベルへと進化するための強力なコンピューティング基盤を提供します。
- 統合されたビッグブレインとスモールブレイン、ほぼゼロの制御遅延：Jetson Thorプラットフォームの統合コンピューティング・制御アーキテクチャは、従来の「ビッグブレイン＋スモールブレイン」方式の分離型ソリューションにおける通信遅延を完全に解消します。二足歩行のためのモーションコントロールコマンドは、知覚から実行までのループをナノ秒単位で完了できるため、歩行の安定性と動的な応答速度が大幅に向上します。
- 死角のないパノラマ視界：8つのGMSL2カメラインターフェースとGNSS時刻同期を組み合わせることで、複数のHD画像ストリームの正確な取得と時間的な位置合わせが可能になり、ロボットの360度認識能力によって、複雑な地形認識、動的な障害物回避、ターゲット追跡など、多様なシナリオのニーズに対応できます。
- 高速通信とリアルタイム制御の両方を実現：2つの10GbEポートは、HDビデオと知覚データの高速集約を可能にし、大規模モデルのトレーニングデータの迅速な抽出と、AIアルゴリズムの継続的な最適化をサポートします。4つのGbEポートはEtherCATをサポートし、関節モーターのマイクロ秒レベルのリアルタイム制御を実現します。
- 高ダイナミックな作業環境に対応する、全面的な防振保護機能：ラッチロック式のGMSLコネクタ、ロック機構付きのMini I/Oネットワークポート、USBインターフェース周辺のネジ止め位置など、複数の防振対策により、ランニング、ジャンプ、ダンスなどの激しい動作時でもコントローラの安定した動作を確保し、振動によってインターフェースが緩んだり、信号が一時的に途切れたりするという従来のソリューションにおける長年の問題を根本的に解決します。
- 単一プラットフォーム上での複数デバイス統合により、システムアーキテクチャが大幅に簡素化されます。4つのCAN FD、2つのRS232/485、16のGPIO、I2C/SPI/PPSなど豊富なインターフェースにより、ジョイントサーボ、力覚センサー、IMU、LiDAR、HDカメラなどのデバイスを単一プラットフォームで接続できます。追加の拡張モジュールなしでシステム全体を展開できるため、システム統合の複雑さと部品コストを大幅に削減できます。
