Matt Carlson, VP de Desarrollo de Negocios en WiBotic – Serie de Entrevistas

Matt Carlson es el Vicepresidente de Desarrollo de Negocios en WiBotic Inc, una empresa que proporciona soluciones de energía inalámbrica confiables para cargar sistemas de robots aéreos, móviles y acuáticos.

¿Por qué las soluciones de carga inalámbrica son tan importantes para el futuro de la robótica?  

Los robots necesitan la capacidad de cargar de forma autónoma para la mayoría de las aplicaciones. Simplemente no es rentable contratar a un equipo de trabajadores para gestionar la carga de baterías o el intercambio de baterías. Sin embargo, la mayoría de la carga autónoma actual se realiza utilizando estaciones de carga que requieren el acoplamiento físico de contactos eléctricos.

Esto requiere una navegación muy precisa hacia la estación de carga, lo que es difícil de programar y no siempre es confiable. Fallar en alinear correctamente los contactos puede significar un ciclo de carga perdido y tiempo de inactividad del robot. Las estaciones de contacto también se desgastarán con el tiempo, o los contactos pueden ensuciarse o corroer, lo que resulta en una carga inconsistente. Finalmente, los fabricantes de robots utilizan una amplia gama de tipos de contactos eléctricos, lo que hace que sea casi imposible tener una sola estación de carga que pueda cargar cualquier robot.

Los sistemas inalámbricos no tienen ninguno de estos problemas. Los sistemas de WiBotic ofrecen varios centímetros de tolerancia de alineación, por lo que no es necesario tener una pila de navegación muy precisa. Debido a que las antenas pueden sellarse completamente a los elementos y no hacen contacto físico entre sí, los sistemas inalámbricos también son muy confiables y pueden manejar un número ilimitado de ciclos de carga. Finalmente, a medida que crece el uso de robots, la mayoría de las empresas emplearán más de un tipo de robot. En lugar de tener una pared o habitación dedicada a muchas estaciones de carga diferentes, una sola estación de carga inalámbrica puede recargar cualquier robot que esté equipado con una antena receptora simple, ahorrando dinero y espacio.

La atención inicial de Wibotic se centró en la energía para dispositivos médicos, ¿cuál fue la razón para cambiar hacia robots, drones y vehículos submarinos autónomos (AUV)?

Los dos fundadores de WiBotic, Ben Waters y Josh Smith, se centraron en la energía inalámbrica para dispositivos médicos durante gran parte de su investigación en la Universidad de Washington. Su tecnología aumentó el rango y la confiabilidad de la energía inalámbrica, lo que era fundamental para el mercado médico. Sin embargo, cuando Ben recibió su doctorado y fundó WiBotic, la empresa se centró inmediatamente en la robótica como su mercado principal. Esto se debió a la demanda de la industria de la robótica.

Los fabricantes de robots y drones, así como los usuarios finales, reconocieron los beneficios de la tecnología de WiBotic en términos de nivel de potencia y rango en comparación con otros sistemas inalámbricos. También estaban comenzando a luchar con la implementación de cargadores de contacto para grandes flotas de robots y buscaban soluciones más confiables.

Para el mercado de drones, la carga de contacto es inviable en la mayoría de los casos, ya que los drones operan al aire libre (en su mayoría) donde el agua se convierte en un problema con cualquier contacto eléctrico físico. Y, por supuesto, las aplicaciones submarinas también se benefician de la naturaleza completamente sellada de la energía inalámbrica.

¿Cuáles son las tecnologías de transferencia de energía que se utilizan? 

WiBotic utiliza elementos de inducción eléctrica y resonancia magnética para la transferencia de energía. Estos dos métodos están relativamente bien probados en una amplia gama de niveles de potencia. Lo que distingue a WiBotic es nuestra capacidad para gestionar la conexión (técnicamente la impedancia) entre antenas en tiempo real. Llamamos a esto Asociación de Impedancia Adaptativa.

Uno de los mayores desafíos con la energía inalámbrica, especialmente para la robótica, es que el entorno eléctrico está cambiando constantemente. Si el robot se acopla en una posición ligeramente diferente, si sus electrónicos internos se encienden y se apagan durante la carga, y a medida que la batería se carga, la impedancia entre el transmisor y el receptor del sistema cambia. Esto puede afectar drásticamente la eficiencia y el rango. Nuestra tecnología AIM monitorea constantemente los cambios en la impedancia para que podamos mantener la eficiencia y los niveles de potencia, incluso cuando todos esos otros elementos del sistema están cambiando.

¿Podría discutir la eficiencia de las unidades, como cuánta energía se pierde durante la transmisión de energía? 

Para nuestros sistemas de 250-300 vatios, tenemos un nivel de eficiencia de extremo a extremo de entre el 70% y el 80%. Esto representa la eficiencia total del sistema desde la entrada al transmisor hasta la salida a la batería. La parte real de la antena a la antena de esa ecuación es de aproximadamente el 95% de eficiencia, pero hay pérdidas en la circuitería del transmisor y también en la circuitería de carga de la batería. Esa última parte es importante destacar, ya que incluso un cargador de batería “plug-in” muy bien diseñado es típicamente solo alrededor del 90-95% de eficiencia.

Usar un sistema inalámbrico como el nuestro, por lo tanto, resulta en aproximadamente un 10% menos de eficiencia que el status quo de la carga de contacto.

¿Cuáles son las limitaciones de distancia con respecto a cuán cerca debe estar la unidad robótica de la fuente de energía? 

Esto depende del tamaño de las antenas utilizadas. Nuestra antena transmisora estándar tiene un diámetro de 20 cm y la antena receptora tiene un diámetro de 10 cm. Con esos tamaños de antena, permitimos 5 cm de brecha de aire cara a cara entre antenas y hasta 5 cm de desplazamiento lateral desde una posición concéntrica (entonces 10 cm totales de rango lateral).

A diferencia de otros sistemas de energía inalámbrica, y debido a nuestra tecnología AIM, entregamos toda la potencia a la batería en cualquier punto dentro de ese rango. Los rangos pueden aumentarse aumentando el diámetro de las antenas. Debido a que nuestras antenas son relativamente simples y también muy delgadas y ligeras, podemos modificar y producir versiones personalizadas de ellas relativamente de forma económica para los clientes que prefieren un tamaño diferente.

¿Pueden varios robots utilizar la misma estación de carga? 

¡Absolutamente! Solo un robot puede cargar en una estación de carga inalámbrica a la vez, pero toda una flota de robots diversos puede compartir la misma estación de carga (o conjunto de estaciones de carga). Esto es posible porque, a diferencia de la mayoría de los cargadores de contacto, la estación transmisora no envía un nivel de voltaje y corriente específico. En su lugar, envía energía inalámbrica a una frecuencia designada. Nuestro cargador a bordo, instalado en el robot, convierte entonces esa energía inalámbrica en el voltaje y la corriente específicos necesarios por el vehículo.

Soportamos baterías desde 0-60V y niveles de corriente desde 0-30A con nuestra línea de productos actual.

¿Podría discutir algunos de los software de optimización de energía que se ofrecen actualmente? 

Nuestro hardware de energía inalámbrica viene con una interfaz de usuario web que permite a los clientes configurar el sistema para una amplia gama de parámetros. Por ejemplo, los usuarios pueden elegir cargar hasta el nivel de “carga al 100%” típico para una batería determinada. Pero si hacen esto cada vez, es posible que no obtengan tantos ciclos de carga de la batería. Entonces, si no se necesita una carga al 100%, el nivel de voltaje máximo se puede ajustar hacia abajo para prolongar la vida útil de la batería.

De manera similar, si la batería se carga siempre con la corriente máxima (amperios), su vida útil se reducirá. Usando nuestra interfaz de usuario y API, los usuarios pueden programar proactivamente la carga para que puedan cargar lo más rápido posible cuando el robot necesita regresar al servicio, o más lentamente cuando saben que tienen más tiempo (por ejemplo, durante la noche). Estas características de configurabilidad y optimización de la batería están disponibles con nuestra interfaz de usuario estándar y utilizando nuestras API.

También ofrecemos un nuevo producto de software que permite a los usuarios mapear y luego agregar información de carga de toda una flota de transmisores y receptores de WiBotic. Esto permite a los robots saber cuándo y dónde están disponibles las estaciones de carga para ayudarlos a maximizar el tiempo de actividad. También permite informes detallados sobre el rendimiento de la carga de las baterías con el tiempo, lo que ayuda a identificar problemas de batería y a optimizar la entrega de energía en toda la flota. Estas características se vuelven particularmente útiles si el usuario final puede implementar esquemas de carga de oportunidad, donde los robots se cargan muchas veces al día durante períodos de tiempo más cortos, en lugar de dejar el servicio durante varias horas a la vez para cargar.

Ofrecer energía inalámbrica a vehículos submarinos autónomos (AUV) parece que sería extremadamente desafiante, ¿podría discutir esto? 

Sí, definitivamente hay muchos desafíos con las aplicaciones submarinas. Desde una perspectiva de transferencia de energía, unos pocos centímetros de agua salada atenuarán la transferencia de energía en un 50%, por lo que tomará más tiempo cargar las mismas baterías bajo el agua que en el aire.

El rango de la antena también está más restringido por la misma razón, lo que significa que el AUV debe tener una muy buena navegación para encontrar y acoplarse con éxito a la estación de carga. Esto generalmente se ayuda con algún tipo de dispositivo de alineación física que dirige el AUV hacia la estación de carga y ayuda a alinear las antenas.

El beneficio de la energía inalámbrica bajo el agua, sin embargo, es que las antenas pueden estar completamente selladas. Los sistemas de WiBotic están operando actualmente en la estación de investigación MARS de MBARI frente a la costa de Monterey, CA, a una profundidad de casi 3000 pies. En ese caso, la electrónica del transmisor y el receptor se alojan en botellas de presión de 1 atm, pero la electrónica también se puede diseñar para envolturas llenas de aceite para soportar profundidades aún mayores.

WiBotic continúa trabajando con el DoD, varias universidades, organizaciones sin fines de lucro y socios comerciales para expandir el uso de nuestros sistemas bajo el agua, pero definitivamente es un entorno desafiante.

WiBotic ha anunciado recientemente la autorización de equipo de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) para sus transmisores y receptores de alta potencia. Estos productos son los primeros sistemas – que operan a hasta 300 vatios – en recibir la aprobación de la FCC para su uso en robots móviles, drones y otros dispositivos industriales. ¿Por qué es importante y qué significa esto para el futuro de la robótica y los drones?  

A medida que la industria de la robótica sigue creciendo, los fabricantes de robots y los usuarios finales se enfrentan a un nivel cada vez mayor de regulación y requisitos de seguridad más estrictos. Es importante que nuestros clientes sepan que los productos de WiBotic, como un componente dentro de sus soluciones robóticas más grandes, cumplirán con esos requisitos regulatorios. En resumen, permite a los fabricantes de robots y drones centrarse en características y funcionalidades adicionales para los usuarios finales en lugar de lidiar con preguntas de certificación. Esto les permitirá desplegar flotas más grandes más rápido de lo que sería posible de otra manera.

¿Hay algo más que le gustaría compartir sobre Wibotic? 

Debido a que la mayoría de las personas piensan en las antenas y circuitos físicos cuando piensan en energía inalámbrica, la gran cantidad de trabajo que hemos invertido en nuestro software y firmware a menudo se pasa por alto. En muchos sentidos, es el firmware avanzado que hemos desarrollado lo que permite que nuestro hardware funcione a rangos y niveles de potencia tan útiles.

Estamos continuando para agregar a nuestras capacidades de software de optimización de energía de la flota para permitir un análisis y evaluación aún mayor del uso de energía y la durabilidad de las baterías en una amplia gama de aplicaciones robóticas.

Gracias por la gran entrevista, los lectores que deseen aprender más pueden visitar WiBotic Inc, o leer sobre cómo WiBotic recibió la aprobación de la FCC para la carga inalámbrica de alta potencia de robots y drones.