Мат Карлсън, вицепрезидент по бизнес развитие в WiBotic – Серия от интервюта

Мат Карлсън е вицепрезидент по бизнес развитие в WiBotic Inc, компания, която предоставя надеждни решения за безжично захранване за зареждане на въздушни, мобилни и водни роботизирани системи.

Защо решенията за безжично зареждане са толкова важни за бъдещето на роботиката?  

Роботите се нуждаят от възможност за автономно зареждане за повечето приложения. Просто не е рентабилно да наемете екип от работници, които да управляват зареждането на батерията или смяната на батерията. Въпреки това повечето автономни зареждания днес се извършват с помощта на докинг станции, които изискват физическо свързване на електрическите контакти.

Това изисква много прецизна навигация в докинг станцията за зареждане, която е трудна за програмиране и не винаги е надеждна. Неправилното подравняване на контактите може да означава пропуснат цикъл на зареждане и престой на робота. Станциите, базирани на контакти, също ще се износят с течение на времето или контактите могат да се замърсят или корозират – което отново води до непоследователно зареждане. И накрая, OEM производителите на роботи използват широка гама от типове електрически контакти, което прави почти невъзможно да има една зарядна станция, която може да зарежда всеки робот.

Безжичните системи нямат нито един от тези проблеми. Системите WiBotic предлагат няколко сантиметра толеранс на подравняване, така че не е необходимо да имате изключително прецизен навигационен стек. Тъй като антените могат да бъдат напълно запечатани към елементите и да не осъществяват физически контакт една с друга, безжичните системи също са много надеждни и могат да се справят с неограничен брой цикли на зареждане. И накрая, с нарастването на използването на роботи повечето компании ще използват повече от един тип роботи. Вместо да има стена или стая, предназначена за много различни докинг станции за зареждане, една безжична станция за зареждане може да презареди всеки робот, който е преоборудван с проста приемна антена, спестявайки пари и място.

Първоначалният фокус на Wibotic беше върху захранването на медицински устройства, каква беше причината да се насочим към роботи, дронове и автономни подводни превозни средства (AUV)?

Двамата основатели на WiBotic, Бен Уотърс и Джош Смит, наистина се фокусираха върху безжичното захранване за медицински устройства по време на голяма част от своите изследвания във Вашингтонския университет. Тяхната технология увеличи обхвата и надеждността на безжичното захранване, които бяха критични за медицинския пазар. Въпреки това, когато Бен получава докторска степен и основава WiBotic, компанията веднага се фокусира върху роботиката като основен пазар. Това се основава на търсенето от индустрията на роботиката.

Производителите на оборудване за роботи и дронове и крайните потребители разпознаха предимствата на технологията WiBotic по отношение на нивото на мощност и обхвата в сравнение с други безжични системи. Те също започнаха да се борят с внедряването на базирани на контакт зарядни устройства за големи флоти от роботи и търсеха по-надеждни решения.

За пазара на дронове зареждането на базата на контакт не е начинаещо в повечето случаи, тъй като дроновете работят на открито (предимно), където водата се превръща в проблем с всякакви физически електрически контакти. И, разбира се, подводните приложения също се възползват от напълно запечатаната природа на безжичното захранване.

Какви са използваните технологии за пренос на енергия? 

WiBotic използва елементи както на електрическа индукция, така и на магнитен резонанс за пренос на енергия. Тези два метода са сравнително добре доказани при широк диапазон от нива на мощност. Това, което отличава WiBotic, е способността ни да управляваме връзката (технически импеданса) между антените в реално време. Ние наричаме това адаптивно съгласуване на импеданса.

Едно от най-големите предизвикателства с безжичното захранване, особено за роботиката, е, че електрическата среда непрекъснато се променя. Ако роботът се закачи в малко по-различна позиция, ако неговата вътрешна електроника се включва и изключва по време на зареждане и докато самата батерия се зарежда, импедансът между предавателната и приемащата страна на системата се променя. Това може драматично да повлияе на ефективността и обхвата. Нашата AIM технология непрекъснато следи промените в импеданса, за да можем да поддържаме нивата на ефективност и мощност, дори когато всички тези други елементи в системата се променят.

Бихте ли обсъдили ефективността на модулите, като например колко мощност се губи по време на предаване на енергия? 

За 250-300 W системите на WiBotic имаме ниво на ефективност от край до край между 70% и 80%. Това представлява пълната ефективност на системата от входа към нашия предавател по целия път до изхода към батерията. Действителната част от антена към антена на това уравнение е около 95% ефективна, но има загуби във веригата на предавателя, а също и в схемата за зареждане на батерията. Тази последна част е важно да се отбележи, тъй като дори много добре проектираното зарядно устройство за батерии тип „включване“ обикновено е само около 90-95% ефективност.

Следователно използването на безжична система като нашата води до около 10% по-ниска ефективност от статуквото на зареждането чрез контакт.

Какви са ограниченията на разстоянието с това колко близо трябва да бъде роботизираната единица близо до източника на захранване? 

Това зависи от размера на използваните антени. Нашата стандартна предавателна антена е с диаметър 20 см, а антената на приемника е с диаметър 10 см. С тези размери на антената позволяваме 5 см въздушна междина лице в лице между антените и до 5 см отместване от страна до страна от концентрична позиция (така че общо 10 см диапазон от страна до страна).

За разлика от други системи за безжично захранване и благодарение на нашата AIM технология, ние доставяме пълна мощност на батерията във всяка точка в рамките на този обхват. Обхватите могат да бъдат увеличени чрез увеличаване на диаметъра на антените. Тъй като нашите антени са сравнително прости PCBA (които също са много тънки и леки), ние сме в състояние да модифицираме и произвеждаме персонализирани техни версии сравнително евтино за клиенти, които предпочитат различен размер.

Могат ли няколко робота да използват една и съща станция за зареждане? 

Абсолютно! Само един робот може да зарежда в безжична станция за зареждане наведнъж, но цели флотилии от различни роботи могат да споделят една и съща станция за зареждане (или набор от станции за зареждане). Това е възможно, защото за разлика от повечето контактни зарядни устройства, предавателната станция не изпраща определено ниво на напрежение и ток. Вместо това той изпраща безжично захранване на определена честота. Нашето бордово зарядно устройство, инсталирано на робота, след това преобразува тази безжична енергия в специфичното напрежение и ток, необходими на това превозно средство.

Ние поддържаме батерии от 0-60V и нива на ток от 0-30A с нашата текуща продуктова линия.

Бихте ли обсъдили някои от софтуера за оптимизиране на мощността, който се предлага в момента? 

Нашият хардуер за безжично захранване се доставя с уеб базиран GUI, който позволява на клиентите да конфигурират системата за широк диапазон от параметри. Например, потребителите могат да изберат да заредят до типичното ниво на „100% заряд“ за определена батерия. Но ако правят това всеки път, може да не получат толкова много цикли на зареждане на батерията. Така че, ако не е необходимо 100% зареждане, максималното ниво на напрежение може да се регулира надолу, за да се удължи живота на батерията.

По същия начин, ако батерията винаги се зарежда с максималния ток (ампери), нейният живот ще бъде намален. Използвайки нашия GUI и API, потребителите могат действително да планират проактивно зареждане, така че да зареждат възможно най-бързо, когато роботът трябва да се върне в експлоатация, или по-бавно, когато знаят, че имат повече време (през нощта например). Тези функции за конфигуриране и оптимизиране на батерията са достъпни с нашия стандартен GUI и чрез използване на нашите API.

Ние също така предлагаме нов софтуерен продукт, който позволява на потребителите да картографират и след това да обобщават информация за таксуване от целия и целия парк от WiBotic предаватели и приемници. Това позволява на роботите да знаят кога и къде са налични станции за зареждане, за да им помогне да увеличат максимално времето за работа. Той също така позволява подробни отчети за ефективността на зареждане на батериите във времето, като помага за идентифициране на проблеми с батериите и оптимизира доставката на енергия в целия парк. Тези функции стават особено полезни, ако крайният потребител може да приложи схеми за таксуване при възможност, при които роботите зареждат много пъти на ден за по-кратки периоди от време, вместо да напускат услугата за няколко часа наведнъж за зареждане.

Предлагането на безжично захранване на автономни подводни превозни средства (AUV) изглежда като изключително предизвикателство, бихте ли обсъдили това? 

Да, определено има много предизвикателства с подводните приложения. От гледна точка на преноса на енергия няколко сантиметра солена вода ще намалят преноса на енергия с около 50%, така че ще отнеме повече време зареждането на батерии със същия размер под вода, отколкото във въздуха.

Обхватът на антената също е по-ограничен поради същата причина, което означава, че UAV трябва да има много добра навигация, за да намери успешно и да закачи станцията за зареждане. Това обикновено се подпомага от някакъв вид устройство за физическо регулиране, което насочва UAV към станцията за зареждане и помага за центрирането на антените.

Предимството на безжичното захранване под вода обаче е, че антените могат да бъдат изцяло затворени или запечатани. Системите WiBotic в момента работят в изследователската станция MBARI MARS край бреговете на Монтерей, Калифорния, на дълбочина от близо 3000 фута. В този случай електрониката на предавателя и приемника се помещава в бутилки под налягане от 1 atm, но електрониката може да бъде проектирана и за пълни с масло кутии, за да издържа на още по-голяма дълбочина.

WiBotic продължава да работи с Министерството на отбраната, различни университети, нестопански организации и търговски партньори, за да разшири използването на нашите системи под вода, но това определено е предизвикателна среда!

WiBotic наскоро обявено разрешение за оборудване от Федералната комисия по комуникациите (FCC) за нейните високомощни предаватели и приемници. Тези продукти са първите системи – работещи до 300 вата – получили одобрение от FCC за използване в мобилни роботи, дронове и други индустриални устройства. Защо това е важно и какво означава това за бъдещето на роботиката и дроновете?  

Тъй като индустрията на роботиката продължава да расте, производителите на оригинално оборудване и крайните потребители на роботи са изправени пред нарастващо ниво на регулиране и по-строги изисквания за безопасност. За нашите клиенти е важно да знаят, че продуктите на WiBotic, като компонент в техните по-големи роботизирани решения, ще отговарят на тези нормативни изисквания. Накратко, това позволява на производителите на роботи и дронове да се съсредоточат върху допълнителни функции и функционалност за крайните потребители, вместо да се занимават с въпроси за сертифициране. Това ще им позволи да разположат по-големи флоти по-бързо, отколкото иначе би било възможно.

Има ли нещо друго, което бихте искали да споделите за Wibotic? 

Тъй като повечето хора мислят за физически антени и платки, когато мислят за безжично захранване, огромното количество работа, което сме вложили в нашия софтуер и фърмуер, често се пренебрегва. В много отношения именно усъвършенстваният фърмуер, който разработихме, позволява на нашия хардуер да работи при такива полезни диапазони и нива на мощност.

Ние също така продължаваме да добавяме към нашия флот софтуерни възможности за оптимизиране на мощността, за да позволим още по-голям анализ и сравнителен анализ на използването на мощност и издръжливост на батериите в широк спектър от роботизирани приложения.

Благодаря ви за страхотното интервю, читателите, които искат да научат повече, трябва да посетят WiBotic Inc, или прочетете за това как WiBotic Получихте първото в индустрията одобрение на FCC за високомощно безжично зареждане на роботи и дронове.