Matt Carlson, Vice-Président du Développement Commercial chez WiBotic – Série d’entretiens

Matt Carlson est le Vice-Président du Développement Commercial chez WiBotic Inc, une entreprise qui fournit des solutions de charge sans fil fiables pour charger les systèmes de robots aériens, mobiles et aquatiques.

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

Les robots ont besoin de la capacité de se charger de manière autonome pour la plupart des applications. Il n’est tout simplement pas rentable d’embaucher un personnel pour gérer la charge des batteries ou le remplacement des batteries. Cependant, la plupart des chargements autonomes actuels sont effectués à l’aide de stations de chargement qui nécessitent un contact physique avec les contacts électriques.

Cela nécessite une navigation très précise vers la station de chargement, ce qui est difficile à programmer et n’est pas toujours fiable. Le fait de ne pas aligner correctement les contacts peut signifier un cycle de chargement manqué et une interruption du fonctionnement du robot. Les stations de chargement à contact seront également usées avec le temps, ou les contacts peuvent devenir sales ou corroded, ce qui entraîne une charge incohérente. Enfin, les fabricants de robots utilisent une large gamme de types de contacts électriques, ce qui rend pratiquement impossible d’avoir une seule station de chargement qui puisse charger n’importe quel robot.

Les systèmes sans fil n’ont pas 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. Puisque les antennes peuvent être complètement scellées aux éléments et ne font pas de contact physique les unes avec les autres, les systèmes sans fil sont également très fiables et peuvent gérer un nombre illimité de cycles de chargement. Enfin, à mesure que l’utilisation des robots augmente, la plupart des entreprises emploieront plus d’un type de robot. Plutôt que d’avoir un mur ou une pièce dédiée à de nombreuses stations de chargement différentes, une seule station de chargement sans fil peut recharger n’importe quel robot qui est rétroéquipé avec une simple antenne réceptrice, ce qui économise de l’argent et de l’espace.

Le focus initial de Wibotic était sur l’alimentation des appareils médicaux, quelle était la raison de pivoter vers les robots, les drones et les véhicules sous-marins autonomes (AUV) ?

Les deux fondateurs de WiBotic, Ben Waters et Josh Smith, se sont effectivement concentrés sur l’alimentation sans fil pour les appareils 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 tous deux critiques 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 son principal marché. Cela était basé sur la demande de l’industrie de la robotique.

Les fabricants de robots et de drones, ainsi que les utilisateurs finals, ont reconnu les avantages de la technologie WiBotic en termes de niveau de puissance et de portée par rapport aux autres systèmes sans fil. Ils commençaient également à lutter avec le déploiement de chargeurs à contact pour de grandes flottes de robots et cherchaient des solutions plus fiables.

Pour le marché des drones, la charge à contact est un non-départ dans la plupart des cas, car les drones opèrent à l’extérieur (la plupart du temps) où l’eau devient un problème avec tout contact électrique physique. Et, bien sûr, les applications sous-marines bénéficient également de la nature complètement 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 prouvées 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’Adaptive Impedance Matching.

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

Pouvez-vous discuter de l’efficacité des unités, comme la quantité de puissance perdue pendant la transmission ?

Pour les systèmes WiBotic de 250-300 watts, nous avons un niveau d’efficacité globale de l’ordre de 70% à 80%. Cela représente l’efficacité du système complet, de l’entrée de notre émetteur à la sortie vers la batterie. La partie antenne-à-antenne de cette équation est d’environ 95% efficace, mais il y a des pertes dans le circuit émetteur et également dans le circuit de charge de la batterie. Cette dernière partie est importante à noter, car même un chargeur de batterie « branché » très bien conçu n’est généralement qu’environ 90-95% efficace.

L’utilisation d’un système sans fil comme le nôtre entraîne donc une efficacité d’environ 10% inférieure à la norme de charge à contact.

Quelles sont les contraintes de distance pour savoir à quelle distance l’unité robotique doit être de la source de puissance ?

Cela dépend de la taille des antennes utilisées. Notre antenne émettrice standard a un diamètre de 20 cm et l’antenne réceptrice a un diamètre de 10 cm. Avec ces tailles d’antennes, nous permettons un écart aérien de 5 cm entre les antennes et jusqu’à 5 cm de décalage latéral par rapport à une position concentrique (soit 10 cm au total de décalage latéral).

Contrairement à d’autres systèmes d’alimentation sans fil, et grâce à notre technologie AIM, nous livrons la pleine puissance à la batterie à n’importe quel point dans cette plage. Les plages peuvent être augmentées en augmentant le diamètre des antennes. Puisque nos antennes sont relativement simples et très minces et légères, nous sommes en mesure de modifier et de produire des versions personnalisées d’elles relativement peu coûteuses pour les clients qui préfèrent une taille différente.

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

Absolument ! Un seul robot peut se charger à une station de chargement sans fil à la fois, mais des flottes entières de robots divers peuvent partager la même station de chargement (ou un ensemble de stations de chargement). Cela 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, elle envoie de la puissance sans fil à une fréquence désignée. Notre chargeur embarqué, installé sur le robot, convertit ensuite cette énergie sans fil en la tension et le courant spécifiques nécessaires par le véhicule.

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

Pouvez-vous discuter des logiciels d’optimisation de puissance actuellement proposés ?

Nos matériels d’alimentation sans fil sont livrés avec une interface utilisateur Web qui permet aux clients de configurer le système pour une large gamme de paramètres. Par exemple, les utilisateurs peuvent choisir de charger jusqu’au niveau de charge « 100% » typique pour une batterie particulière. Mais s’ils font cela chaque fois, ils n’obtiendront peut-être pas autant de cycles de charge de la batterie. Si un chargement à 100% n’est pas nécessaire, le niveau de tension maximum peut être ajusté vers le bas 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. En utilisant notre interface utilisateur et nos API, les utilisateurs peuvent en fait planifier la charge de manière proactive afin de charger aussi rapidement que possible lorsque le robot a besoin de reprendre du service, ou plus lentement lorsqu’ils savent qu’ils ont plus de temps (par exemple, la nuit). Ces fonctionnalités de configuration et d’optimisation de la batterie sont disponibles avec notre interface utilisateur standard et en utilisant nos API.

Nous proposons également un nouveau produit logiciel qui permet aux utilisateurs de cartographier et d’agréger les informations de charge à partir de l’ensemble d’une flotte de transmetteurs et de récepteurs WiBotic. Cela permet aux robots de savoir quand et où les stations de chargement sont disponibles pour maximiser leur temps de fonctionnement. Cela permet également des rapports détaillés sur les performances de charge des batteries au fil du temps, en aidant à identifier les problèmes de batterie et à optimiser la livraison de puissance sur l’ensemble de la flotte. Ces fonctionnalités deviennent particulièrement utiles si l’utilisateur final peut mettre en œuvre des schémas de charge d’opportunité, où les robots se chargent plusieurs fois par jour pendant des périodes plus courtes, plutôt que de quitter le service pendant plusieurs heures à la fois pour se charger.

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

Oui, il y a définitivement de nombreux défis avec les applications sous-marines. D’un point de vue de transfert de puissance, quelques centimètres d’eau de mer atténueront le transfert de puissance d’environ 50%, il faudra donc plus de temps pour charger les mêmes batteries sous l’eau que dans l’air.

La plage des antennes est également plus restreinte pour la même raison, ce qui signifie que le VSA doit avoir une navigation très bonne pour réussir à trouver et à se connecter à la station de chargement et à aligner les antennes. Cela est généralement aidé par un dispositif d’alignement physique qui dirige le VSA vers la station de chargement et aide à aligner les antennes.

Le bénéfice de l’alimentation sans fil sous l’eau, cependant, est que les antennes peuvent être complètement scellées. Les systèmes WiBotic fonctionnent actuellement à la station de recherche MARS de MBARI au large de la côte de Monterey, en Californie, à une profondeur d’environ 3000 pieds. Dans ce cas, les électroniques émettrices et réceptrices sont logées dans des bouteilles sous pression de 1 atm, mais les électroniques peuvent également être conçues pour des enceintes remplies d’huile pour résister à des profondeurs encore plus grandes.

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 annoncé l’autorisation d’équipement de la part 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 de la FCC pour une utilisation dans les robots mobiles, les 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 ?

À mesure que l’industrie de la robotique continue de croître, les fabricants de robots et les utilisateurs finals sont confrontés à un niveau croissant de réglementation et de exigences de sécurité plus strictes. Il est important pour nos clients de savoir que les produits WiBotic, en tant que composant de leurs solutions robotiques plus larges, répondront à ces exigences réglementaires. En bref, cela permet aux fabricants de robots et de drones de se concentrer sur des fonctionnalités et des caractéristiques supplémentaires pour les utilisateurs finals, 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 sur Wibotic ?

Parce que la plupart des gens pensent aux antennes physiques et aux cartes de circuit imprimé lorsqu’ils pensent à l’alimentation sans fil, la quantité énorme de travail que nous avons investi dans notre logiciel et notre firmware est souvent négligée. À bien des égards, c’est le firmware avancé que nous avons développé qui permet à notre matériel de fonctionner à des plages et des niveaux de puissance aussi utiles.

Nous continuons d’ajouter à nos capacités de logiciel de optimisation de puissance pour la flotte, afin de permettre une analyse et une évaluation encore plus poussées de l’utilisation de la puissance et de la durabilité des batteries sur une large gamme d’applications robotiques.

Merci pour cette grande interview, les lecteurs qui souhaitent en savoir plus peuvent visiter WiBotic Inc, ou lire comment WiBotic a reçu une approbation de la FCC en tant que premier système d’alimentation sans fil haute puissance pour les robots et les drones.