Matt Carlson, potpredsjednik poslovnog razvoja u WiBotic – serija intervjua

Matt Carlson je potpredsjednik poslovnog razvoja u WiBotic Inc, tvrtka koja pruža pouzdana rješenja bežičnog napajanja za punjenje zračnih, mobilnih i vodenih robotskih sustava.

Zašto su rješenja za bežično punjenje toliko važna za budućnost robotike?  

Roboti trebaju sposobnost autonomnog punjenja za većinu aplikacija. Jednostavno nije isplativo unajmiti osoblje za upravljanje punjenjem ili zamjenom baterija. Međutim, većina autonomnog punjenja danas se vrši pomoću priključnih stanica koje zahtijevaju fizičko spajanje električnih kontakata.

To zahtijeva vrlo preciznu navigaciju do stanice za punjenje koju je teško programirati i nije uvijek pouzdana. Neuspješno poravnavanje kontakata može značiti propušteni ciklus punjenja i prekid rada robota. Stanice koje se temelje na kontaktima također će se istrošiti s vremenom ili se kontakti mogu zaprljati ili zahrđati – što opet rezultira nedosljednim punjenjem. Konačno, proizvođači originalne opreme robota koriste širok raspon vrsta električnih kontakata, što čini gotovo nemogućim postojanje jedne stanice za punjenje koja može puniti bilo kojeg robota.

Bežični sustavi nemaju nijedan od ovih problema. WiBotic sustavi nude nekoliko centimetara tolerancije poravnanja, tako da nije potrebno imati izuzetno precizan navigacijski skup. Budući da se antene mogu u potpunosti zatvoriti za elemente i ne uspostavljaju fizički kontakt jedna s drugom, bežični sustavi su također vrlo pouzdani i mogu podnijeti neograničen broj ciklusa punjenja. Konačno, kako uporaba robota raste, većina će tvrtki zapošljavati više od jedne vrste robota. Umjesto zida ili sobe namijenjene mnogim različitim stanicama za punjenje, jedna stanica za bežično punjenje može napuniti bilo kojeg robota koji je naknadno opremljen jednostavnom prijamnom antenom, štedeći novac i prostor.

Wiboticov početni fokus bio je na napajanje medicinskih uređaja, koji je bio razlog za usmjeravanje prema robotima, bespilotnim letjelicama i autonomnim podvodnim vozilima (AUV)?

Dva osnivača WiBotica, Ben Waters i Josh Smith, doista su se usredotočili na bežično napajanje za medicinske uređaje tijekom velikog dijela svojih istraživanja na Sveučilištu Washington. Njihova tehnologija povećala je domet i pouzdanost bežičnog napajanja, što je bilo kritično za medicinsko tržište. Međutim, kada je Ben doktorirao i osnovao WiBotic, tvrtka se odmah usredotočila na robotiku kao svoje primarno tržište. To se temeljilo na zahtjevima industrije robotike.

OEM-ovi robota i dronova te krajnji korisnici prepoznali su prednosti WiBotic tehnologije u smislu razine snage i dometa u usporedbi s drugim bežičnim sustavima. Također su se počeli boriti s uvođenjem kontaktnih punjača za velike flote robota i tražili su pouzdanija rješenja.

Za tržište bespilotnih letjelica, punjenje temeljeno na kontaktu u većini slučajeva nije početak budući da bespilotne letjelice rade na otvorenom (uglavnom) gdje voda postaje problem s fizičkim električnim kontaktima. I, naravno, podvodne aplikacije također imaju koristi od potpuno zatvorene prirode bežičnog napajanja.

Koje se tehnologije prijenosa energije koriste? 

WiBotic za prijenos energije koristi elemente električne indukcije i magnetske rezonancije. Ove dvije metode relativno su se dobro dokazale na širokom rasponu razina snage. Ono što izdvaja WiBotic je naša sposobnost upravljanja vezom (tehnički impedancijom) između antena u stvarnom vremenu. To nazivamo adaptivnim usklađivanjem impedancije.

Jedan od najvećih izazova s ​​bežičnim napajanjem, posebno za robotiku, je da se električno okruženje neprestano mijenja. Ako robot pristane u malo drugačijem položaju, ako se unutarnja elektronika uključuje i isključuje tijekom punjenja, a kako se sama baterija puni, impedancija između odašiljačke i prijemne strane sustava se mijenja. To može dramatično utjecati na učinkovitost i domet. Naša AIM tehnologija stalno prati promjene u impedanciji kako bismo mogli održavati učinkovitost i razine snage, čak i dok se svi ti drugi elementi u sustavu mijenjaju.

Možete li razgovarati o učinkovitosti jedinica, na primjer o tome koliko se snage gubi tijekom prijenosa energije? 

Za WiBoticove sustave od 250-300 W imamo razinu učinkovitosti od kraja do kraja između 70% i 80%. To predstavlja punu učinkovitost sustava od ulaza u naš odašiljač pa sve do izlaza u bateriju. Stvarni dio te jednadžbe antena-antena je oko 95% učinkovit, ali postoje gubici u krugu odašiljača i također u krugu punjenja baterije. Ovaj zadnji dio je važno napomenuti budući da je čak i vrlo dobro dizajniran punjač baterija koji se priključi na utičnicu obično samo oko 90-95% učinkovit.

Korištenje bežičnog sustava poput našeg stoga rezultira oko 10% manjom učinkovitošću od statusa quo punjenja temeljenog na kontaktu.

Koja su ograničenja udaljenosti s time koliko blizu robotska jedinica mora biti u blizini izvora energije? 

To ovisi o veličini korištene antene. Naša standardna odašiljačka antena je 20 cm u promjeru, a prijemna antena je 10 cm u promjeru. S tim veličinama antena dopuštamo 5 cm zračnog razmaka licem u lice između antena i do 5 cm odstupanja od strane do strane od koncentričnog položaja (dakle, ukupno 10 cm raspona od strane do strane).

Za razliku od drugih bežičnih sustava napajanja, a zahvaljujući našoj AIM tehnologiji, isporučujemo punu snagu baterije u bilo kojoj točki unutar tog dometa. Dosezi se mogu povećati povećanjem promjera antena. Budući da su naše antene relativno jednostavne PCBA (koje su također vrlo tanke i lagane), možemo ih modificirati i proizvoditi prilagođene verzije relativno jeftino za kupce koji preferiraju različite veličine.

Može li više robota koristiti istu stanicu za punjenje? 

Apsolutno! Samo jedan robot može istovremeno puniti na bežičnoj stanici za punjenje, ali cijele flote različitih robota mogu dijeliti istu stanicu za punjenje (ili skup stanica za punjenje). To je moguće jer, za razliku od većine kontaktnih punjača, odašiljačka stanica ne šalje određeni napon i struju. Umjesto toga, on šalje bežičnu energiju na određenoj frekvenciji. Naš ugrađeni punjač, ​​instaliran na robotu, zatim pretvara tu bežičnu energiju u specifični napon i struju potrebne tom vozilu.

Podržavamo baterije od 0-60 V i razine struje od 0-30 A s našom trenutnom linijom proizvoda.

Možete li razgovarati o nekim softverima za optimizaciju napajanja koji se trenutno nude? 

Naš hardver za bežično napajanje isporučuje se s web-baziranim GUI-jem koji korisnicima omogućuje konfiguriranje sustava za širok raspon parametara. Na primjer, korisnici mogu odabrati punjenje do tipične razine "100% napunjenosti" za određenu bateriju. Ali ako to rade svaki put, možda neće dobiti toliko ciklusa punjenja baterije. Dakle, ako nije potrebno 100% punjenje, maksimalna razina napona može se podesiti prema dolje kako bi se produžio životni vijek baterije.

Slično tome, ako se baterija uvijek puni maksimalnom strujom (amperima), njezin životni vijek će se smanjiti. Koristeći naše GUI i API-je, korisnici zapravo mogu proaktivno zakazati punjenje tako da pune što je brže moguće kada se robot treba vratiti u rad ili sporije kada znaju da imaju više vremena (na primjer, preko noći). Ove značajke konfiguracije i optimizacije baterije dostupne su s našim standardnim GUI-jem i korištenjem naših API-ja.

Također nudimo novi softverski proizvod koji korisnicima omogućuje mapiranje, a zatim prikupljanje informacija o naplati iz cijele flote WiBotic odašiljača i prijamnika. To omogućuje robotima da znaju kada i gdje su dostupne stanice za punjenje kako bi im se pomoglo da maksimalno povećaju vrijeme rada. Također omogućuje detaljno izvješćivanje o performansama punjenja baterija tijekom vremena, pomaže u identificiranju problema s baterijom i optimizira isporuku energije u cijeloj floti. Ove značajke postaju posebno korisne ako je krajnji korisnik u mogućnosti implementirati sheme naplate prigodom, gdje roboti pune više puta dnevno kroz kraća vremenska razdoblja, umjesto da napuštaju uslugu na nekoliko sati za punjenje.

Čini se da bi ponuditi bežično napajanje autonomnim podvodnim vozilima (AUV) bilo izuzetno izazovno, možete li o tome razgovarati? 

Da, definitivno postoji mnogo izazova s ​​podvodnim primjenama. Iz perspektive prijenosa energije, nekoliko centimetara slane vode oslabit će prijenos energije za oko 50%, tako da će biti potrebno više vremena za punjenje baterija iste veličine pod vodom nego što bi bilo u zraku.

Domet antene također je ograničeniji iz istog razloga, što znači da UAV mora imati vrlo dobru navigaciju kako bi uspješno pronašao i pristao na stanicu za punjenje. Tome obično pomaže neka vrsta uređaja za fizičko usmjeravanje koji usmjerava UAV u stanicu za punjenje i pomaže u usmjeravanju antena.

Međutim, prednost bežičnog napajanja pod vodom je u tome što se antene mogu potpuno zatvoriti ili zatvoriti. WiBotic sustavi trenutno rade u istraživačkoj postaji MBARI MARS na obali Montereya, CA, na dubini od gotovo 3000 stopa. U tom slučaju, elektronika odašiljača i prijamnika smještena je u boce pod pritiskom od 1 atm, ali elektronika se također može dizajnirati za kućišta napunjena uljem kako bi izdržala još veću dubinu.

WiBotic nastavlja surađivati ​​s Ministarstvom obrane, raznim sveučilištima, neprofitnim organizacijama i komercijalnim partnerima kako bi proširili korištenje naših sustava pod vodom, ali ovo je definitivno izazovno okruženje!

WiBotic je nedavno najavljena autorizacija opreme od Federalne komisije za komunikacije (FCC) za njegove odašiljače i prijemnike velike snage. Ovi su proizvodi prvi sustavi – koji rade na do 300 W – koji su dobili FCC odobrenje za upotrebu u mobilnim robotima, dronovima i drugim industrijskim uređajima. Zašto je to važno i što to znači za budućnost robotike i dronova?  

Kako industrija robotike nastavlja rasti, proizvođači originalne opreme i krajnji korisnici robota suočavaju se sa sve većom razinom propisa i strožim sigurnosnim zahtjevima. Važno je da naši kupci znaju da će WiBotic proizvodi, kao komponenta unutar njihovih većih robotskih rješenja, zadovoljiti te regulatorne zahtjeve. Ukratko, proizvođačima robota i dronova omogućuje da se usredotoče na dodatne značajke i funkcionalnosti za krajnje korisnike umjesto na bavljenje pitanjima certifikacije. To će im omogućiti raspoređivanje većih flota brže nego što bi inače bilo moguće.

Postoji li još nešto što biste željeli podijeliti o Wiboticu? 

Budući da većina ljudi razmišlja o fizičkim antenama i tiskanim pločama kada razmišlja o bežičnom napajanju, ogromna količina posla koju smo uložili u naš softver i firmware često se zanemaruje. Na mnogo načina, napredni firmware koji smo razvili omogućuje našem hardveru da radi na takvim korisnim rasponima i razinama snage.

Također nastavljamo dodavati našoj floti mogućnosti softvera za optimizaciju snage kako bismo omogućili još veću analizu i usporedbu upotrebe snage i trajnosti baterija u širokom rasponu robotskih aplikacija.

Hvala vam na sjajnom intervjuu, čitatelji koji žele saznati više trebali bi posjetiti na WiBotic Inc, ili pročitajte o tome kako WiBotic Dobio prvo FCC odobrenje u industriji za bežično punjenje velike snage robota i dronova.