Matt Carlson, Vicepræsident for forretningsudvikling hos WiBotic – Intervieuserie

Matt Carlson er vicepræsident for forretningsudvikling hos WiBotic Inc, et firma, der leverer pålidelige trådløse strømløsninger til at oplade luftbårne, mobile og akvatiske robottersystemer.

Hvorfor er trådløse opladningsløsninger så vigtige for fremtiden for robotterne?  

Roboterne har brug for evnen til at oplade selvstændigt i de fleste tilfælde.  Det er simpelthen ikke økonomisk rent at ansætte en stab af arbejdere til at håndtere batteriopladning eller batteriudskiftning.  Men de fleste selvstændige opladninger i dag foretages ved hjælp af dokningsstationer, der kræver fysisk tilslutning af elektriske kontakter.

Dette kræver meget præcis navigation ind i opladningsdokken, hvilket er svært at programmere og ikke altid pålideligt.  Hvis robotterne ikke kan tilslutte kontakterne korrekt, kan det medføre, at opladningscyklen går tabt, og robotterne går ned.  Kontaktbaserede stationer vil også slidte over tid, eller kontakterne kan blive snavsede eller korroderede – igen med følge af uensartet opladning. Endelig bruger robot-OEM’erne et bredt udvalg af elektriske kontaktyper, hvilket gør det næsten umuligt at have en enkelt opladningsstation, der kan oplade enhver robot.

Trådløse systemer har ingen af disse problemer. WiBotic-systemerne tilbyder flere centimeter af justeringsmulighed, så det er ikke nødvendigt at have en ekstremt præcis navigationsstak. Fordi antennerne kan være fuldstændigt lukket til elementerne og ikke har fysisk kontakt med hinanden, er trådløse systemer også meget pålidelige og kan håndtere et ubegrænset antal opladningscykler.  Endelig, når robotanvendelsen vokser, vil de fleste virksomheder anvende mere end en type robot.  I stedet for at have en væg eller et rum dedikeret til mange forskellige opladningsdokke, kan en enkelt trådløs opladningsstation oplade enhver robot, der er retrofitteret med en simpel modtagerantenne, hvilket sparer penge og plads.

WiBotics oprindelige fokus var på at forsyne medicinske enheder med strøm, hvad var årsagen til at skifte fokus mod robotter, droner og autonome undervandsfartøjer (AUV’er)?

WiBotics to grundlæggere, Ben Waters og Josh Smith, fokuserede på trådløs strøm til medicinske enheder under størstedelen af deres forskning på University of Washington.  Deres teknologi øgede rækkevidden og pålideligheden af trådløs strøm, som begge var kritiske for det medicinske marked.  Men da Ben fik sin ph.d. og grundlagde WiBotic, fokuserede virksomheden straks på robotter som det primære marked.   Det skyldtes efterspørgslen fra robotindustrien.

Robot- og drone-OEM’er og slutbrugere erkendte fordelene ved WiBotic-teknologien i forhold til strømniveau og rækkevidde sammenlignet med andre trådløse systemer.  De havde også begyndt at kæmpe med udrulningen af kontaktbaserede opladere til store flåder af robotter og ledte efter mere pålidelige løsninger.

For dronemarkedet er kontaktbaseret opladning ikke en mulighed i de fleste tilfælde, da droner opererer udendørs (for det meste), hvor vand bliver et problem med enhver fysisk elektrisk kontakt.  Og, naturligvis, nyder også undervandsapplikationer af den fuldstændigt lukkede natur af trådløs strøm.

Hvilke strømoverføringsteknologier anvendes? 

WiBotic anvender elementer af både elektrisk induktion og magnetisk resonans til strømoverføring.  Disse to metoder er relativt velkendte på et bredt udvalg af strømniveauer. Det, der adskiller WiBotic, er vores evne til at styre forbindelsen (teknisk set impedansen) mellem antenner i realtid.   Vi kalder det Adaptiv Impedansmatchning.

En af de største udfordringer med trådløs strøm, især for robotter, er, at den elektriske miljø er under konstant forandring.  Hvis robotterne dokker i en lidt anderledes position, hvis deres interne elektronik slår til og af under opladning, og når batteriet selv oplades, ændrer impedansen mellem transmitter- og modtager siden af systemet.  Dette kan have en dramatisk indvirkning på effektivitet og rækkevidde.   Vores AIM-teknologi overvåger konstant ændringer i impedans, så vi kan opretholde effektivitet og strømniveauer, selv når alle disse andre elementer i systemet ændrer sig.

Kan du diskutere effekten af enhederne, såsom hvor meget strøm der går tabt under strømoverføring? 

For WiBotics 250-300 Watt-systemer har vi en slut til slut effektivitetsniveau på mellem 70% og 80%.  Dette repræsenterer den fulde systemeffektivitet fra input til vores transmitter til output til batteriet.  Den faktiske antenne-til-antenne-del af denne ligning er omkring 95% effektiv, men der er tab i transmitterkredsløbet og også i batteriopladningskredsløbet.   Det sidste er vigtigt at bemærke, da selv en meget vel designet “plug-in”-batterioplader typisk kun er omkring 90-95% effektiv.

At bruge et trådløst system som vores resulterer derfor i omkring 10% mindre effektivitet end status quo for kontaktbaseret opladning.

Hvilke afstandsrestriktioner er der for, hvor tæt den robotiske enhed skal være på opladningskilden? 

Dette afhænger af antenstørrelsen.  Vores standard transmitterantenne er 20cm i diameter, og modtagerantennen er 10cm i diameter. Med disse antenstørrelser tillader vi 5cm af front-til-front luftgap mellem antenner og op til 5cm af side-til-side afvigelse fra en koncentrisk position (så 10cm i alt side til side rækkevidde).

I modsætning til andre trådløse strømsystemer og takket være vores AIM-teknologi leverer vi fuld strøm til batteriet på ethvert punkt inden for denne rækkevidde.   Rækkevidden kan øges ved at øge antenstørrelsen.  Fordi vores antenner er relativt simple PCB’er (som også er meget tynde og lette), kan vi modificere og producere brugerdefinerede versioner af dem relativt billigt til kunder, der foretrækker en anden størrelse.

Er det muligt for flere robotter at anvende samme opladningsstation? 

Absolut!  Kun en robot kan oplade ved en trådløs opladningsstation ad gangen, men hele flåder af forskellige robotter kan alle dele samme opladningsstation (eller sæt af opladningsstationer). Dette er muligt, fordi transmitterstationen ikke sender en specifik spænding og strøm, men i stedet sender trådløs strøm på en bestemt frekvens. Vores onboard oplader, installeret på robotterne, konverterer derefter den trådløse energi til den specifikke spænding og strøm, der er nødvendig for køretøjet.

Vi understøtter batterier fra 0-60V og strømniveauer fra 0-30A med vores nuværende produktlinje.

Kan du diskutere nogle af de strømoptimeringssoftware, der tilbydes? 

Vores trådløse strømhårdware leveres med en webbaseret brugergrænseflade, der tillader kunderne at konfigurere systemet for en bred vifte af parametre.  For eksempel kan brugere vælge at oplade til den typiske “100% opladningsniveau” for en bestemt batteri. Men hvis de gør dette hver gang, kan de måske ikke få så mange opladningscykler ud af batteriet.   Hvis 100% opladning ikke er nødvendig, kan det maksimale spændingsniveau justeres nedad for at forlænge batteriliv.

Lignende, hvis batteriet altid oplades med den maksimale strøm (ampere), vil dets levetid blive reduceret. Ved hjælp af vores brugergrænseflade og API’er kan brugere faktisk proaktivt planlægge opladning, så de kan oplade så hurtigt som muligt, når robotterne har brug for at komme tilbage i drift, eller mere langsomt, når de ved, de har mere tid (f.eks. om natten).   Disse konfigurerbarheds- og batterioptimeringsfunktioner er tilgængelige med vores standardbrugergrænseflade og ved hjælp af vores API’er.

Vi tilbyder også et nyt softwareprodukt, der tillader brugere at kortlægge og derefter samle opladningsinformation fra hele en flåde af WiBotic-transmittere og -modtagere.  Dette tillader robotterne at vide, hvornår og hvor opladningsstationer er tilgængelige for at maksimere driftstiden.   Det tillader også detaljeret rapportering om opladningspræstationen af batterier over tid, hvilket hjælper med at identificere batteriproblemer og optimere strømlevering på tværs af hele flåden.  Disse funktioner bliver særligt nyttige, hvis slutbrugeren kan implementere mulighedsopladningsskemaer, hvor robotterne oplades mange gange om dagen i kortere perioder, i stedet for at forlade tjenesten i flere timer ad gangen for opladning.

At tilbyde trådløs strøm til autonome undervandsfartøjer (AUV’er) synes at være ekstremt udfordrende, kan du diskutere dette? 

Ja, der er bestemt mange udfordringer med undervandsapplikationer.   Fra et strømoverføringssynspunkt vil et par centimeter saltvand reducere strømoverføringen med omkring 50%, så det vil tage længere tid at oplade samme størrelse batterier under vandet end det ville i luften.

Antennerækken er også mere begrænset af samme årsag, hvilket betyder, at UAV’en skal have en meget god navigation for at kunne finde og dokke ved opladningsstationen med succes.  Dette hjælpes normalt af en fysisk justeringsenhed, der dirigerer UAV’en ind i opladningsstationen og hjælper med at justere antennerne.

Fordelen ved trådløs strøm under vandet er dog, at antennerne kan være fuldstændigt lukkede.  WiBotic-systemerne er i øjeblikket i drift på MBARI MARS-forskningsstationen ud for kysten af Monterey, CA, på en dybde på næsten 3000 fod.  I dette tilfælde er transmitter- og modtager-elektronikken placeret i 1-atm-trykbægre, men elektronikken kan også være designet til olie fyldte kabinetter for at modstå endnu større dybder.

WiBotic fortsætter med at arbejde med DoD, forskellige universiteter, non-profit-organisationer og kommercielle partnere for at udvide brugen af vores systemer under vandet, men det er bestemt en udfordrende miljø!

WiBotic har for nylig annonceret udstyrsautorisation fra Federal Communications Commission (FCC) for deres højstrøms-transmittere og -modtagere. Disse produkter er de første systemer – der opererer op til 300 Watt – til at modtage FCC-godkendelse til brug i mobile robotter, droner og andre industrifaciliteter.  Hvorfor er dette vigtigt, og hvad betyder det for fremtiden for robotter og droner?  

Som robotindustrien fortsætter med at vokse, står OEM’er og robot-slutbrugere over for en stigende mængde regulering og strengere sikkerhedskrav.  Det er vigtigt for vores kunder at vide, at WiBotic-produkter, som en komponent i deres større robotløsninger, vil opfylde disse reguleringer.   Det tillader robot- og droneproducenter at fokusere på yderligere funktioner og funktionalitet til slutbrugere i stedet for at beskæftige sig med certificeringsspørgsmål.  Dette vil give dem mulighed for at udrulle større flåder hurtigere, end det ellers ville være muligt.

Er der noget andet, du gerne vil dele om WiBotic? 

Fordi de fleste mennesker tænker på de fysiske antenner og kredsløb, når de tænker på trådløs strøm, er det enorme arbejde, vi har lagt i vores software og firmware, ofte overset. I mange måder er det avancerede firmware, vi har udviklet, der giver vores hårdware mulighed for at yde på så nyttige rækkevidder og strømniveauer.

Vi fortsætter med at tilføje vores flådestrømoptimeringssoftwarefunktioner for at give mulighed for endnu større analyse og benchmarking af strømbrug og batteridurabilitet på tværs af en bred vifte af robotapplikationer.

Tak for det gode interview, læsere, der ønsker at lære mere, skal besøge WiBotic Inc, eller læse om, hvordan WiBotic modtog en branche-først FCC-godkendelse for højstrøms-trådløs opladning af robotter og droner.