Matt Carlson, vice-président du développement commercial chez WiBotic – Série d'interviews

Matt Carlson est le vice-président du développement commercial chez WiBotic Inc., une entreprise qui fournit des solutions d'alimentation sans fil fiables pour charger des systèmes de robots aériens, mobiles et aquatiques.

Pourquoi les solutions de recharge sans fil sont-elles si importantes pour l'avenir de la robotique ?  

Les robots doivent pouvoir charger de manière autonome la plupart des applications. Il n'est tout simplement pas rentable d'embaucher une équipe de travailleurs pour gérer la charge ou l'échange de la batterie. Cependant, la plupart des recharges autonomes se font aujourd'hui à l'aide de stations d'accueil qui nécessitent un accouplement physique des contacts électriques.

Cela nécessite une navigation très précise dans la station de charge, difficile à programmer et pas toujours fiable. Ne pas aligner correctement les contacts peut signifier un cycle de charge manqué et un temps d'arrêt du robot. Les stations basées sur les contacts s'useront également avec le temps, ou les contacts peuvent devenir sales ou corrodés, ce qui entraînera à nouveau une charge incohérente. Enfin, les équipementiers de robots utilisent une large gamme de types de contacts électriques, ce qui rend presque impossible d'avoir une seule station de charge capable de charger n'importe quel robot.

Les systèmes sans fil n'ont aucun de ces problèmes. Les systèmes WiBotic offrent plusieurs centimètres de tolérance d'alignement, il n'est donc pas nécessaire d'avoir une pile de navigation extrêmement précise. Parce que les antennes peuvent être entièrement scellées aux éléments et n'entrent pas en contact physique les unes avec les autres, les systèmes sans fil sont également très fiables et peuvent gérer un nombre illimité de cycles de charge. Enfin, à mesure que l'utilisation des robots se développe, la plupart des entreprises emploieront plus d'un type de robot. Plutôt que d'avoir un mur ou une pièce dédiés à de nombreuses stations de charge différentes, une seule station de charge sans fil peut recharger n'importe quel robot équipé d'une simple antenne réceptrice, ce qui permet d'économiser de l'argent et de l'espace.

L'objectif initial de Wibotic était d'alimenter les dispositifs médicaux, quelle était la raison de se tourner vers les robots, les drones et les véhicules sous-marins autonomes (AUV) ?

Les deux fondateurs de WiBotic, Ben Waters et Josh Smith, se sont en effet concentrés sur l'alimentation sans fil pour les dispositifs médicaux pendant une grande partie de leurs recherches à l'Université de Washington. Leur technologie a augmenté la portée et la fiabilité de l'alimentation sans fil, qui étaient toutes deux essentielles pour le marché médical. Cependant, lorsque Ben a obtenu son doctorat et a fondé WiBotic, l'entreprise s'est immédiatement concentrée sur la robotique comme marché principal. Ceci était basé sur la demande de l'industrie de la robotique.

Les équipementiers et les utilisateurs finaux de robots et de drones ont reconnu les avantages de la technologie WiBotic en termes de niveau de puissance et de portée par rapport à d'autres systèmes sans fil. Ils commençaient également à avoir des difficultés avec le déploiement de chargeurs à contact pour les grandes flottes de robots et recherchaient des solutions plus fiables.

Pour le marché des drones, la charge par contact est un non-démarrage dans la plupart des cas puisque les drones fonctionnent à l'extérieur (principalement) où l'eau devient un problème avec tout contact électrique physique. Et, bien sûr, les applications sous-marines bénéficient également de la nature entièrement scellée de l'alimentation sans fil.

Quelles sont les technologies de transfert de puissance utilisées ? 

WiBotic utilise des éléments d'induction électrique et de résonance magnétique pour le transfert de puissance. Ces deux méthodes sont relativement bien éprouvées à une large gamme de niveaux de puissance. Ce qui distingue WiBotic, c'est notre capacité à gérer la connexion (techniquement l'impédance) entre les antennes en temps réel. Nous appelons cela l'adaptation d'impédance adaptative.

L'un des plus grands défis de l'alimentation sans fil, en particulier pour la robotique, est que l'environnement électrique est en constante évolution. Si le robot s'amarre dans une position légèrement différente, si ses composants électroniques internes s'allument et s'éteignent pendant la charge, et que la batterie elle-même se charge, l'impédance entre les côtés émission et réception du système change. Cela peut affecter considérablement l'efficacité et la portée. Notre technologie AIM surveille en permanence les changements d'impédance afin que nous puissions maintenir les niveaux d'efficacité et de puissance, même si tous ces autres éléments du système changent.

Pourriez-vous discuter de l'efficacité des unités, par exemple de la quantité de puissance perdue lors de la transmission de puissance ? 

Pour les systèmes WiBotic de 250 à 300 watts, nous avons un niveau d'efficacité de bout en bout compris entre 70 % et 80 %. Cela représente l'efficacité complète du système depuis l'entrée de notre émetteur jusqu'à la sortie de la batterie. La partie réelle d'antenne à antenne de cette équation est efficace à environ 95 %, mais il y a des pertes dans le circuit de l'émetteur et également dans le circuit de charge de la batterie. Cette dernière partie est importante à noter car même un chargeur de batterie "plug-in" très bien conçu n'est généralement efficace qu'à environ 90-95%.

L'utilisation d'un système sans fil comme le nôtre entraîne donc environ 10 % d'efficacité en moins que le statu quo de la recharge par contact.

Quelles sont les contraintes de distance avec la distance à laquelle l'unité robotique doit être proche de la source d'alimentation ? 

Cela dépend de la taille des antennes utilisées. Notre antenne émettrice standard mesure 20 cm de diamètre et l'antenne réceptrice mesure 10 cm de diamètre. Avec ces tailles d'antenne, nous autorisons 5 cm d'entrefer face à face entre les antennes et jusqu'à 5 cm de décalage latéral à partir d'une position concentrique (donc 10 cm au total de portée latérale).

Contrairement à d'autres systèmes d'alimentation sans fil, et grâce à notre technologie AIM, nous fournissons la pleine puissance à la batterie à tout moment dans cette plage. Les portées peuvent être augmentées en augmentant le diamètre des antennes. Parce que nos antennes sont des PCBA relativement simples (qui sont également très fines et légères), nous sommes en mesure de les modifier et d'en produire des versions personnalisées relativement peu coûteuses pour les clients qui préfèrent une taille différente.

Plusieurs robots peuvent-ils utiliser la même station de charge ? 

Absolument! Un seul robot peut se recharger sur une station de charge sans fil à la fois, mais des flottes entières de robots divers peuvent tous partager la même station de charge (ou ensemble de stations de charge). Ceci est possible car, contrairement à la plupart des chargeurs à contact, la station émettrice n'envoie pas un niveau de tension et de courant spécifique. Au lieu de cela, il envoie de l'énergie sans fil à une fréquence désignée. Notre chargeur embarqué, installé sur le robot, convertit ensuite cette énergie sans fil en tension et courant spécifiques nécessaires à ce véhicule.

Nous prenons en charge les batteries de 0 à 60 V et les niveaux de courant de 0 à 30 A avec notre gamme de produits actuelle.

Pourriez-vous discuter de certains des logiciels d'optimisation de puissance actuellement proposés ? 

Notre matériel d'alimentation sans fil est livré avec une interface graphique Web qui permet aux clients de configurer le système pour une large gamme de paramètres. Par exemple, les utilisateurs peuvent choisir de charger au niveau typique de "100 % de charge" pour une batterie particulière. Mais s'ils le font à chaque fois, ils risquent de ne pas obtenir autant de cycles de charge de la batterie. Ainsi, si une charge à 100 % n'est pas nécessaire, le niveau de tension maximum peut être ajusté à la baisse pour prolonger la durée de vie de la batterie.

De même, si la batterie est toujours chargée avec le courant maximum (ampères), sa durée de vie sera réduite. À l'aide de notre interface graphique et de nos API, les utilisateurs peuvent en fait planifier de manière proactive la charge afin qu'ils chargent le plus rapidement possible lorsque le robot doit se remettre en service, ou plus lentement lorsqu'ils savent qu'ils ont plus de temps (la nuit par exemple). Ces fonctionnalités de configurabilité et d'optimisation de la batterie sont disponibles avec notre interface graphique standard et en utilisant nos API.

Nous proposons également un nouveau produit logiciel qui permet aux utilisateurs de cartographier puis d'agréger les informations de charge de l'ensemble de la flotte d'émetteurs et de récepteurs WiBotic. Cela permet aux robots de savoir quand et où les bornes de recharge sont disponibles pour les aider à maximiser la disponibilité. Il permet également des rapports détaillés sur les performances de charge des batteries au fil du temps, aidant à identifier les problèmes de batterie et à optimiser la fourniture d'énergie sur l'ensemble de la flotte. Ces fonctionnalités deviennent particulièrement utiles si l'utilisateur final est en mesure de mettre en œuvre des systèmes de charge d'opportunité, où les robots chargent plusieurs fois par jour pendant des périodes plus courtes, plutôt que de quitter le service pendant plusieurs heures à la fois pour la charge.

Offrir une alimentation sans fil aux véhicules sous-marins autonomes (AUV) semble être extrêmement difficile, pourriez-vous en discuter ? 

Oui, il y a certainement de nombreux défis avec les applications sous-marines. Du point de vue du transfert de puissance, quelques centimètres d'eau salée atténueront le transfert de puissance d'environ 50 %, il faudra donc plus de temps pour charger des batteries de même taille sous l'eau que dans l'air.

La portée de l'antenne est également plus restreinte pour la même raison, ce qui signifie que le drone doit avoir une très bonne navigation pour réussir à trouver et à s'amarrer à la station de charge. Ceci est généralement facilité par une sorte de dispositif d'alignement physique qui dirige le drone dans la station de charge et aide à aligner les antennes.

Cependant, l'avantage de l'alimentation sans fil sous l'eau est que les antennes peuvent être entièrement scellées ou scellées. Les systèmes WiBotic fonctionnent actuellement à la station de recherche MBARI MARS au large de Monterey, en Californie, à une profondeur de près de 3000 pieds. Dans ce cas, l'électronique de l'émetteur et du récepteur est logée dans des bouteilles sous pression de 1 atm, mais l'électronique peut également être conçue pour des boîtiers remplis d'huile afin de résister à une profondeur encore plus grande.

WiBotic continue de travailler avec le DoD, diverses universités, des organisations à but non lucratif et des partenaires commerciaux pour étendre l'utilisation de nos systèmes sous l'eau, mais c'est définitivement un environnement difficile !

WiBotic a récemment autorisation d'équipement annoncée de la Federal Communications Commission (FCC) pour ses émetteurs et récepteurs haute puissance. Ces produits sont les premiers systèmes – fonctionnant jusqu'à 300 watts – à recevoir l'approbation FCC pour une utilisation dans des robots mobiles, des drones et d'autres appareils industriels. Pourquoi est-ce important et qu'est-ce que cela signifie pour l'avenir de la robotique et des drones ?  

Alors que l'industrie de la robotique continue de croître, les équipementiers et les utilisateurs finaux de robots sont confrontés à un niveau croissant de réglementation et à des exigences de sécurité plus strictes. Il est important que nos clients sachent que les produits WiBotic, en tant que composant de leurs solutions robotiques plus importantes, répondront à ces exigences réglementaires. En bref, cela permet aux fabricants de robots et de drones de se concentrer sur des fonctionnalités et des fonctionnalités supplémentaires pour les utilisateurs finaux plutôt que de traiter des questions de certification. Cela leur permettra de déployer des flottes plus importantes plus rapidement qu'il ne serait autrement possible.

Y a-t-il autre chose que vous aimeriez partager à propos de Wibotic ? 

Parce que la plupart des gens pensent aux antennes physiques et aux cartes de circuits imprimés lorsqu'ils pensent à l'alimentation sans fil, l'immense quantité de travail que nous avons investi dans nos logiciels et micrologiciels est souvent négligée. À bien des égards, c'est le micrologiciel avancé que nous avons développé qui permet à notre matériel de fonctionner à des plages et à des niveaux de puissance aussi utiles.

Nous continuons également à ajouter à notre flotte des capacités logicielles d'optimisation de l'alimentation pour permettre une analyse et une comparaison encore plus poussées de l'utilisation de l'énergie et de la durabilité des batteries dans une large gamme d'applications robotiques.

Merci pour la grande interview, les lecteurs qui souhaitent en savoir plus devraient visiter à WiBotic Inc., ou découvrez comment WiBotic A reçu une première approbation FCC de l'industrie pour le chargement sans fil haute puissance des robots et des drones.