3Dプリンティングを含む、2022年の先進製造業における最先端技術の開発動向と2023年の動向展望

著者: 董栄、国務院発展研究センター国際技術経済研究所第5研究室アシスタントアナリスト

1. 2022年の世界先進製造業の現状まとめ
多くの国が先進的な製造戦略を導入し、先進的な製造への投資と研究を増やしています。ホワイトハウスの国家科学技術会議は「先進製造業のための国家戦略」報告書の新版を発表し、今後4年間の米国の先進製造業の発展に向けた3つの戦略目標と11の具体的措置を提案した。また、ホワイトハウスはサプライチェーンの回復力とセキュリティを向上させるための「付加製造イニシアチブ」の実施を発表した。英国研究イノベーション庁は、最先端の設備を購入するため、今後3年間で「インフラ基金」を通じて、先進製造業を含むいくつかの主要な科学研究プロジェクトに4億8100万ポンドを投資する予定である。韓国産業通商資源部は「2022年知能ロボット実施計画」を可決し、産業用ロボットやサービス産業用ロボットへの投資と支援を継続していく。中国工業情報化部は「インテリジェント製造業発展第14次5カ年計画」を発表し、インテリジェント製造業の発展を促進するための全体的な道筋を提案した。

人工知能は高度な製造業に力を与え、その有効性を強調し、機械アルゴリズムは製造レベルを総合的に向上させます。米国のパシフィック・ノースウェスト国立研究所が構築した機械学習ツールは、製造プロセス中の材料への影響を予測し、先進的な製造技術の開発を加速することができます。カーネギーメロン大学は触覚センサーと機械学習を使用して、ロボットが布地を操作する方法を改善しています。メリーランド大学は機械学習を使用して予測モデルの構築を促進し、ソフトロボットの設計プロセスを加速しています。スタンフォード大学は、機械学習モデルを統合した新しい外骨格ロボットブーツを開発し、着用者の歩行速度と着用感を大幅に向上させました。カリフォルニア大学バークレー校などが開発した強化学習モデルは、四足歩行ロボットゴールキーパーのスキルレベルを向上させました。日本の京都大学と名古屋大学は、自己進化型ロボット設計自動化システムを共同で開発した。中国の上海理工大学は、ロボットアームが触覚や温度を感知し、現場での有毒物質のサンプリングやリアルタイム分析を行うことができる人工知能駆動型ヒューマンマシンインターフェースシステム「M-Bot」を開発した。

自然生物学は高度な製造技術革新に役立ち、バイオニックロボットは大きな注目を集めています。米国のエール大学はカメの動きを模倣し、適応形態を持つ四足歩行の水陸両用ロボットを開発し、カリフォルニア大学バークレー校は、自力で垂直に掘ることができるモグラガニ型ロボットを発表した。英国サリー大学は、水中のプラスチック粒子を収集できるバイオニックロボット魚を設計した。日本の理化学研究所は、太陽光発電で動く生きたゴキブリロボットを開発した。韓国の高麗大学は、多孔質ハイドロゲルで作られた微小な水生昆虫のようなロボットを開発しました。また、機械材料研究所は、あらゆる掴み動作を実行できる世界初の象の鼻のような挟み込み・吸引グリッパーを開発しました。

3D プリンティング技術は飛躍的な進歩を続け、さまざまな業界で技術の進歩を推進しています。マサチューセッツ工科大学は、3Dプリントされた金属の微細構造を効果的に改善できる新しい熱処理方法を開発し、3Dプリントされたエンジンブレードを可能にしました。テキサスA&M大学は、食塩を使用して分解性ポリマーを3Dプリントしています。オークリッジ国立研究所は、ディープラーニングを使用して、3DプリントのCTスキャンプロセスを加速し、結果の精度を向上させています。ドイツのルール大学ボーフムの研究者らは、2光子重合3Dプリント技術を用いてナノスケールでの生物学的構造のシミュレーションに成功した。ロシアのウラル連邦大学とロシア科学アカデミーのウラル支部は、3Dプリントによってマイクロ永久磁石を製造した。中国科学院大連化学物理研究所は、強力なサイクル安定性と超高面エネルギー密度を備えた、完全に3Dプリントされたリチウム金属電池を開発した。

II. 2023年の世界先進製造業の展望
付加製造技術はますます広く使用されるようになり、その応用範囲と市場規模は今後も拡大すると予想されます。 Wohlers 社の最新データによると、世界の付加製造市場の規模は今後 5 年間で平均年率 20.5% 以上で成長し、2030 年までに市場規模は 853 億米ドルに達すると予想されています。米国国防総省は、複雑な極超音速兵器の部品に付加製造プロセスを適用するためのソリューションを模索しています。 GEは、2019年10月に最初のプロトタイプを完成させ、2023年に生産を開始する予定で、3Dプリントベースを備えた風力タービンを商品化する最初の企業になる予定だ。最近のフォーブスの記事では、2023年には積層造形とデジタルツインがより密接に統合され、エンジニアは仮想世界でコンポーネントを調整および編集し、3Dプリント技術を使用して現実世界でそれらを作成できるようになると指摘されています。

産業インテリジェンスは急速な発展段階に入り、デジタルインフラストラクチャが製造業の加速的なアップグレードを推進しています。 Global Info Research の調査データによると、2022 年から 2028 年にかけて、世界の産業インテリジェンスは平均年率 6.4% で成長し、収益は 2028 年までに 3,000 億米ドルを超えると予想されています。キャップジェミニ・リサーチ・インスティテュートの調査データによると、2023年までにスマートファクトリーは生産性、品質、市場シェア、顧客サービスを向上させることで、世界経済に少なくとも1.5兆ドルの利益をもたらす可能性があるという。 EUは「デジタルコンパス2030」計画の中で、2030年までにEU企業の75％がクラウドコンピューティングサービス、ビッグデータ、人工知能を活用し、中小企業の90％以上がデジタル化の基本レベルに到達することを提案した。韓国大統領府は、新エネルギー車メーカーのテスラが韓国との協力を拡大し、将来的に韓国にアジアで2番目となるテスラのスーパーファクトリーを建設する計画だと発表した。中国工業情報化部は、2023年に中国は引き続きインテリジェント製造の主要方向を堅持し、インテリジェント製造設備、産業用ソフトウェア、システムソリューションの革新的な開発を推進し、5G、人工知能、産業用インターネットなどのデジタルインフラの構築を強化すると述べた。

持続可能な製造は将来の発展にとって重要な方向性となっています。ガートナーは「2023年のトップ10戦略的技術トレンド」レポートを発表し、環境・社会・ガバナンス（ESG）の影響により、持続可能な技術の活用がメーカーや政府などの共通の責任となり、2023年には持続可能性があらゆる戦略的技術を通じて重要なトレンドになると指摘した。米国は2022年にインフレ抑制法、超党派インフラ法、先進製造業国家戦略などを発行し、クリーンで持続可能な製造業の実現、気候とクリーンエネルギーの目標達成、脱炭素化の支援のために将来的に多くのリソースとインセンティブを提供すると述べています。 IDTechEx Researchはレポート「持続可能な電子機器製造：2023-2033」の中で、今後10年間でプリント基板（PCB）の20％がより持続可能な方法で製造されると予想されると指摘した。

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