Matt Carlson, viceprezident pro rozvoj podnikání ve společnosti WiBotic – rozhovor

Matt Carlson je viceprezident pro rozvoj podnikání ve společnosti WiBotic Inc, která poskytuje spolehlivá bezdrátová řešení pro nabíjení leteckých, mobilních a vodních robotických systémů.

Proč jsou bezdrátová nabíjecí řešení tak důležitá pro budoucnost robotiky?  

Roboty potřebují schopnost autonomního nabíjení pro většinu aplikací.  Je to jednoduše neekonomické najmout tým pracovníků pro správu nabíjení baterií nebo výměnu baterií.  Nicméně, většina autonomního nabíjení dnes probíhá pomocí dokovacích stanic, které vyžadují fyzické spojení elektrických kontaktů.

To vyžaduje velmi přesnou navigaci do nabíjecí stanice, což je obtížné naprogramovat a není vždy spolehlivé.  Pokud se robot nedokáže správně zarovnat s kontakty, může to znamenat zmeškanou nabíjecí cyklus a odstávku robota.  Kontaktní stanice se také opotřebovávají over time, nebo kontakty mohou být znečištěné nebo zkorodované – opět vedoucí k nekonzistentnímu nabíjení. Nakonec, robotické OEM používají širokou škálu typů elektrických kontaktů, což činí téměř nemožným mít jedinou nabíjecí stanici, která může nabíjet libovolného robota.

Bezdrátová řešení nemají tyto problémy.  Systémy WiBotic nabízejí několik centimetrů zarovnání, takže není nutné mít extrémně přesný navigační stack. Protože antény mohou být plně utěsněny proti vlivu prostředí a nedochází k fyzickému kontaktu mezi nimi, bezdrátová řešení jsou také vysoce spolehlivá a mohou zvládnout neomezený počet nabíjecích cyklů.  Nakonec, jak se používání robotů rozšiřuje, většina společností bude využívat více než jeden typ robota.  Místo toho, aby měly zeď nebo místnost vyhrazenou pro mnoho různých nabíjecích stanic, může jedna bezdrátová nabíjecí stanice nabíjet libovolného robota, který je vybaven jednoduchou přijímací anténou, což šetří peníze a prostor.

Původní zaměření WiBotic bylo na napájení lékařských zařízení, jaký byl důvod pro přechod k robotům, dronům a autonomním podvodním vozidlům (AUV)?

Dva zakladatelé WiBotic, Ben Waters a Josh Smith, se действительно zaměřili na bezdrátové napájení pro lékařská zařízení během většiny svého výzkumu na University of Washington.  Jejich technologie zvýšila rozsah a spolehlivost bezdrátového napájení, které byly oba kritické pro lékařský trh.  Nicméně, když Ben získal svůj PhD a založil WiBotic, společnost se okamžitě zaměřila na robotiku jako svůj primární trh.   To bylo založeno na poptávce z robotického průmyslu.

Robotické a dronové OEM a koncoví uživatelé uznali výhody technologie WiBotic v oblasti napájecí úrovně a rozsahu ve srovnání s jinými bezdrátovými systémy.  Byli také začali mít potíže s nasazením kontaktních nabíjecích stanic pro velké flotily robotů a hledali více spolehlivá řešení.

Pro trh s drony je kontaktní nabíjení v meisten případech nefunkční, protože drony operují venku (většinou), kde voda představuje problém s jakýmikoli fyzickými elektrickými kontakty.  A, samozřejmě, podvodní aplikace také profitují z plně utěsněné povahy bezdrátového napájení.

Jaké jsou technologie přenosu energie, které se používají? 

WiBotic používá prvky obou elektrické indukce a magnetické rezonance pro přenos energie.  Tyto dvě metody jsou relativně dobře prokázány v širokém rozsahu napájecích úrovní. Co odlišuje WiBotic, je naše schopnost spravovat spojení (technicky impedance) mezi anténami v reálném čase.   Nazýváme to Adaptivní Impedanční Sladění.

Jednou z největších výzev s bezdrátovým napájením, zejména pro robotiku, je to, že elektrické prostředí se neustále mění.  Pokud se robot zarovná do nabíjecí stanice v mírně odlišné poloze, pokud jeho vnitřní elektronika se zapíná a vypíná během nabíjení, a jak se baterie sama nabíjí, impedance mezi vysílací a přijímací stranou systému se mění.  To může dramaticky ovlivnit účinnost a rozsah.   Naše AIM technologie neustále monitoruje změny impedance, abychom mohli udržet účinnost a napájecí úrovně, i když se všechny ostatní prvky v systému mění.

Můžete diskutovat o účinnosti jednotek, jako je například kolik energie se ztrácí během přenosu? 

Pro systémy WiBotic s 250-300 Watty máme konečný účinnostní stupeň mezi 70% a 80%.  To představuje plnou systémovou účinnost od vstupu do našeho vysílače až po výstup do baterie.  Skutečná anténa-anténa část tohoto poměru je asi 95% účinná, ale existují ztráty ve vysílacím obvodu a také v obvodu nabíjení baterie.   To poslední je důležité poznamenat, protože i velmi dobře navržený „zapojený“ nabíječ baterie je obvykle pouze kolem 90-95% účinný.

Používání bezdrátového systému jako našeho výsledkem je asi o 10% méně účinné než status quo kontaktního nabíjení.

Jaké jsou vzdálenostní omezení pro to, jak blízko musí být robotická jednotka u zdroje energie? 

To závisí na velikosti antén, které se používají.  Naše standardní vysílací anténa má průměr 20 cm a přijímací anténa má průměr 10 cm. S těmito velikostmi antén dovolíme 5 cm vzduchové mezery mezi anténami a až 5 cm bočního posunu z koncentrické polohy (tj. 10 cm celkem bočního rozsahu).

Na rozdíl od jiných bezdrátových systémů napájení a díky naší AIM technologii dodáváme plnou energii do baterie na libovolném místě v tomto rozsahu.   Rozsahy lze zvýšit zvětšením průměru antén.  Protože naše antény jsou relativně jednoduché PCB, které jsou také velmi tenké a lehké, jsme schopni modifikovat a vyrábět přizpůsobené verze pro zákazníky, kteří preferují jinou velikost.

Jsou schopny více robotů používat stejnou nabíjecí stanici? 

Ano!  Pouze jeden robot může nabíjet u bezdrátové nabíjecí stanice najednou, ale celé flotily různých robotů mohou sdílet stejnou nabíjecí stanici (nebo sadu nabíjecích stanic). To je možné, protože, na rozdíl od většiny kontaktních nabíječek, vysílací stanice neposílá specifickou napětí a proud. Místo toho posílá bezdrátovou energii na určité frekvenci. Naše palubní nabíječka, instalovaná na robotovi, pak převádí tuto bezdrátovou energii na specifické napětí a proud potřebné pro vozidlo.

Podporujeme baterie od 0-60V a proudové úrovně od 0-30A s našimi současnými produkty.

Můžete diskutovat o některých softwarových řešeních pro optimalizaci napájení, která jsou aktuálně nabízena? 

Naše bezdrátové hardwarové produkty jsou dodávány s webovým rozhraním, které umožňuje zákazníkům konfigurovat systém pro širokou škálu parametrů.  Například uživatelé si mohou zvolit nabíjet na typickou „100% nabíjení“ úroveň pro konkrétní baterii. Ale pokud to dělají každý čas, nemusí získat tolik nabíjecích cyklů z baterie.   Pokud 100% nabíjení není nutné, maximální napěťová úroveň se může upravit dolů, aby se prodloužila životnost baterie.

Podobně, pokud je baterie vždy nabíjena s maximálním proudem (ampéry), její životnost se sníží. Používáním našeho webového rozhraní a API mohou uživatelé skutečně naplánovat nabíjení, aby mohli nabíjet co nejrychleji, když robot potřebuje vrátit se do služby, nebo pomaleji, když vědí, že mají více času (například přes noc).   Tyto konfigurační a optimalizační funkce baterie jsou k dispozici s našimi standardními webovými rozhraními a API.

Wir také nabízíme nové softwarové produkty, které umožňují uživatelům mapovat a agregovat nabíjecí informace z celé flotily WiBotic vysílačů a přijímačů.  To umožňuje robotům znát, kdy a kde jsou nabíjecí stanice k dispozici, aby maximalizovali provozní dobu.   To také umožňuje podrobnou zprávu o nabíjecích výkonech baterií v průběhu času, což pomáhá identifikovat problémy s bateriemi a optimalizovat dodávku energie pro celou flotilu.  Tyto funkce se stávají besonders užitečnými, pokud koncový uživatel může implementovat nabíjecí schéma, kdy roboti nabíjejí mnohokrát denně po kratší dobu, místo toho, aby opustili službu na několik hodin najednou pro nabíjení.

Nabízení bezdrátového napájení autonomním podvodním vozidlům (AUV) se zdá být extrémně náročné, můžete diskutovat o tom? 

Ano, existují určitě mnohé výzvy s podvodními aplikacemi.   Z hlediska přenosu energie budou několik centimetrů slané vody potlačit přenos energie o asi 50%, takže bude trvat déle, aby se nabily stejné velikosti baterií pod vodou než ve vzduchu.

Rozsah antény je také více omezen z toho důvodu, což znamená, že AUV musí mít velmi dobré navigační schopnosti, aby úspěšně našly a zarovnaly se s nabíjecí stanicí.  To je obvykle usnadněno nějakým fyzickým zarovnávacím zařízením, které směruje AUV do nabíjecí stanice a pomáhá zarovnat antény.

Benefitem bezdrátového napájení pod vodou je, že antény mohou být plně utěsněny.  Systémy WiBotic aktuálně fungují na MBARI MARS výzkumné stanici u pobřeží Monterey, CA, v hloubce téměř 3000 stop.  V tom případě jsou vysílací a přijímací elektronika umístěny v 1atm tlakových lahvích, ale elektronika mohou být také navrženy pro olejové uzavřené prostory, aby vydržely ještě větší hloubky.

WiBotic pokračuje v práci s DoD, různými univerzitami, nevládními organizacemi a komerčními partnery, aby rozšířila použití našich systémů pod vodou, ale je to určitě náročné prostředí!

WiBotic nedávno oznámil schválení zařízení od Federální komunikační komise (FCC) pro jeho vysílače a přijímače s vysokým výkonem. Tyto produkty jsou první systémy – fungující na až 300 Wattů – které získaly schválení FCC pro použití v mobilních robotech, dronech a dalších průmyslových zařízeních.  Proč je to důležité a co to znamená pro budoucnost robotiky a dronů?  

Jak se robotický průmysl dále rozšiřuje, OEM a koncoví uživatelé robotů čelí rostoucí úrovni regulací a přísnějších bezpečnostních požadavků.  Je důležité, aby naši zákazníci věděli, že produkty WiBotic, jako součást jejich větších robotických řešení, budou splňovat tyto regulační požadavky.   Jinými slovy, umožňuje výrobcům robotů a dronů soustředit se na další funkce a funkcionality pro koncové uživatele, místo aby se zabývali otázkami certifikace.  To jim umožní nasadit větší flotily rychleji, než by tomu bylo jinak.

Je něco jiného, co byste rádi sdíleli o WiBotic? 

Protože většina lidí si myslí na fyzické antény a obvody, když si myslí na bezdrátové napájení, obrovské množství práce, které jsme vložili do našeho softwaru a firmwaru, je často přehlíženo. Ve mnoha ohledech je to pokročilý firmware, který jsme vyvinuli, co umožňuje našemu hardwaru fungovat na tak užitečných rozsazích a napájecích úrovních.

Jsme také pokračujeme v přidávání funkcí pro optimalizaci napájení naší flotily, aby umožňovaly ještě větší analýzu a benchmarking použití energie a životnosti baterií napříč širokou škálou robotických aplikací.

Děkuji za skvělý rozhovor, čtenáři, kteří si chtějí dozvědět více, by měli navštívit WiBotic Inc, nebo si přečíst o tom, jak WiBotic získal první schválení FCC pro bezdrátové nabíjení robotů a dronů.