Matt Carlson, VP Business Development at WiBotic – Intervista

Matt Carlson è il Vice Presidente dello Sviluppo Aziendale di WiBotic Inc, un’azienda che fornisce soluzioni di alimentazione wireless affidabili per caricare sistemi robotici aerei, mobili e acquatici.

Perché le soluzioni di ricarica wireless sono così importanti per il futuro della robotica?  

I robot hanno bisogno della capacità di ricaricarsi autonomamente per la maggior parte delle applicazioni. Non è infatti economicamente conveniente assumere uno staff di lavoratori per gestire la ricarica delle batterie o lo scambio delle batterie. Tuttavia, la maggior parte della ricarica autonoma odierna viene effettuata utilizzando stazioni di ricarica che richiedono il contatto fisico dei contatti elettrici.

Ciò richiede una navigazione molto precisa nella stazione di ricarica, che è difficile da programmare e non è sempre affidabile. Se i contatti non vengono allineati correttamente, può verificarsi un ciclo di ricarica mancato e il robot potrebbe essere fuori servizio. Le stazioni di contatto basate su contatto si usurano anche nel tempo o i contatti possono diventare sporchi o corrosi, il che porta a una ricarica inconsistente. Infine, i produttori di robot utilizzano una vasta gamma di tipi di contatti elettrici, il che rende quasi impossibile avere una singola stazione di ricarica che possa caricare qualsiasi robot.

I sistemi wireless non hanno questi problemi. I sistemi WiBotic offrono diversi centimetri di tolleranza di allineamento, quindi non è necessario avere un sistema di navigazione molto preciso. Poiché le antenne possono essere completamente sigillate agli elementi e non entrano in contatto fisico tra loro, i sistemi wireless sono anche molto affidabili e possono gestire un numero illimitato di cicli di ricarica. Infine, poiché l’utilizzo dei robot cresce, la maggior parte delle aziende impiegherà più di un tipo di robot. Piuttosto che avere un muro o una stanza dedicata a molte diverse stazioni di ricarica, una singola stazione di ricarica wireless può ricaricare qualsiasi robot che sia stato dotato di un’antenna ricevente semplice, risparmiando denaro e spazio.

Il focus iniziale di Wibotic era sull’alimentazione di dispositivi medici, qual è stato il motivo per spostarsi verso i robot, i droni e i Veicoli sottomarini autonomi (AUV)?

I due fondatori di WiBotic, Ben Waters e Josh Smith, si sono effettivamente concentrati sull’alimentazione wireless per dispositivi medici durante gran parte della loro ricerca all’Università di Washington. La loro tecnologia ha aumentato la portata e l’affidabilità dell’alimentazione wireless, che erano entrambe critiche per il mercato medico. Tuttavia, quando Ben ha ricevuto il suo dottorato e ha fondato WiBotic, l’azienda si è immediatamente concentrata sulla robotica come mercato principale. Ciò è stato basato sulla domanda dell’industria della robotica.

I produttori di robot e droni e gli utenti finali hanno riconosciuto i benefici della tecnologia WiBotic in termini di livello di potenza e portata rispetto ad altri sistemi wireless. Stavano anche iniziando a lottare con il dispiegamento di caricabatterie a contatto per grandi flotte di robot e stavano cercando soluzioni più affidabili.

Per il mercato dei droni, la ricarica a contatto è un non-starter nella maggior parte dei casi, poiché i droni operano all’aperto (per lo più) dove l’acqua diventa un problema con qualsiasi contatto elettrico fisico. E, naturalmente, le applicazioni sottomarine beneficiano anche della natura completamente sigillata dell’alimentazione wireless.

Quali sono le tecnologie di trasferimento di potenza utilizzate? 

WiBotic utilizza elementi di induzione elettrica e risonanza magnetica per il trasferimento di potenza. Questi due metodi sono relativamente ben provati a una vasta gamma di livelli di potenza. Ciò che distingue WiBotic è la nostra capacità di gestire la connessione (tecnicamente l’impedenza) tra le antenne in tempo reale. Chiamiamo questo Adaptive Impedance Matching.

Una delle sfide più grandi con l’alimentazione wireless, specialmente per la robotica, è che l’ambiente elettrico è costantemente in cambiamento. Se il robot si docka in una posizione leggermente diversa, se la sua elettronica interna si accende e si spegne durante la ricarica, e mentre la batteria si carica, l’impedenza tra il lato di trasmissione e il lato di ricezione del sistema cambia. Ciò può influire notevolmente sull’efficienza e sulla portata. La nostra tecnologia AIM monitora costantemente i cambiamenti di impedenza in modo che possiamo mantenere l’efficienza e i livelli di potenza, anche mentre tutti questi altri elementi nel sistema sono in cambiamento.

Potreste discutere l’efficienza delle unità, come ad esempio quanto potenza viene persa durante la trasmissione del potere? 

Per i nostri sistemi da 250-300 Watt, abbiamo un livello di efficienza complessivo dell’80%. Ciò rappresenta l’efficienza del sistema completo dall’ingresso al nostro trasmettitore fino all’uscita alla batteria. La parte dell’equazione relativa all’antenna-antenna è di circa il 95% efficiente, ma ci sono perdite nel circuito del trasmettitore e anche nel circuito di ricarica della batteria. Quell’ultima parte è importante da notare, poiché anche un caricabatterie “plug-in” molto ben progettato è solitamente solo intorno al 90-95% efficiente.

L’utilizzo di un sistema wireless come il nostro risulta quindi in un’efficienza inferiore del 10% rispetto allo standard della ricarica a contatto.

Quali sono i vincoli di distanza con quanto vicino l’unità robotica deve essere vicina alla fonte di potere? 

Ciò dipende dalle dimensioni delle antenne utilizzate. La nostra antenna trasmittente standard è di 20 cm di diametro e l’antenna ricevente è di 10 cm di diametro. Con queste dimensioni di antenna, consentiamo 5 cm di spazio vuoto tra le antenne e fino a 5 cm di offset laterale da una posizione concentrica (quindi 10 cm totali di offset laterale).

A differenza di altri sistemi di alimentazione wireless, e grazie alla nostra tecnologia AIM, forniamo la piena potenza alla batteria in qualsiasi punto all’interno di quel intervallo. I ranghi possono essere aumentati aumentando il diametro delle antenne. Poiché le nostre antenne sono relativamente semplici PCB (che sono anche molto sottili e leggere), possiamo modificare e produrre versioni personalizzate di esse relativamente a buon mercato per i clienti che preferiscono una dimensione diversa.

Sono in grado più robot di utilizzare la stessa stazione di ricarica? 

Assolutamente! Solo un robot può ricaricare alla stazione di ricarica wireless alla volta, ma intere flotte di robot diversi possono condividere la stessa stazione di ricarica (o un set di stazioni di ricarica). Ciò è possibile perché, a differenza della maggior parte delle stazioni di ricarica a contatto, la stazione trasmittente non invia un livello di tensione e corrente specifico. Invece, invia potenza wireless a una frequenza designata. Il nostro Caricabatterie a bordo, installato sul robot, converte poi quell’energia wireless nel livello di tensione e corrente specifico necessario per quel veicolo.

Sostieniamo batterie da 0-60V e livelli di corrente da 0-30A con la nostra linea di prodotti attuale.

Potreste discutere alcuni dei software di ottimizzazione del potere attualmente offerti? 

I nostri hardware di alimentazione wireless vengono spediti con un’interfaccia utente web che consente ai clienti di configurare il sistema per una vasta gamma di parametri. Ad esempio, gli utenti possono scegliere di caricare al livello di “carica al 100%” per una batteria specifica. Ma se fanno questo ogni volta, potrebbero non ottenere così tanti cicli di carica dalla batteria. Se il livello di carica al 100% non è necessario, il livello di tensione massima può essere regolato verso il basso per estendere la durata della batteria.

Allo stesso modo, se la batteria viene sempre caricata con la corrente massima (ampere), la sua durata sarà ridotta. Utilizzando la nostra interfaccia utente e le API, gli utenti possono effettivamente pianificare la ricarica in modo proattivo in modo che possano caricare il più velocemente possibile quando il robot deve tornare in servizio, o più lentamente quando sanno di avere più tempo (ad esempio di notte). Queste funzionalità di configurazione e ottimizzazione della batteria sono disponibili con la nostra interfaccia utente standard e utilizzando le nostre API.

Noi offriamo anche un nuovo prodotto software che consente agli utenti di mappare e quindi aggregare le informazioni di ricarica da un’intera flotta di trasmettitori e ricevitori WiBotic. Ciò consente ai robot di sapere quando e dove le stazioni di ricarica sono disponibili per aiutarli a massimizzare il tempo di attività. Ciò consente anche rapporti dettagliati sulle prestazioni di ricarica delle batterie nel tempo, aiutando a identificare problemi di batteria e a ottimizzare la consegna di potenza in tutta la flotta. Queste funzionalità diventano particolarmente utili se l’utente finale è in grado di implementare schemi di ricarica di opportunità, dove i robot si ricaricano molte volte al giorno per periodi di tempo più brevi, piuttosto che lasciare il servizio per diverse ore alla volta per la ricarica.

Offrire alimentazione wireless ai Veicoli sottomarini autonomi (AUV) sembra essere estremamente impegnativo, potreste discuterne? 

Sì, ci sono sicuramente molte sfide con le applicazioni sottomarine. Da una prospettiva di trasferimento di potenza, pochi centimetri di acqua salata attenuano il trasferimento di potenza del 50%, quindi ci vorrà più tempo per caricare le stesse batterie sottomarine che in aria.

La portata dell’antenna è anche più limitata per la stessa ragione, il che significa che il Veicolo sottomarino autonomo deve avere una navigazione molto buona per trovare e attraccare con successo alla stazione di ricarica. Ciò è solitamente aiutato da un dispositivo di allineamento fisico che dirige il Veicolo sottomarino autonomo nella stazione di ricarica e aiuta ad allineare le antenne.

Il beneficio dell’alimentazione wireless sottomarina, tuttavia, è che le antenne possono essere completamente sigillate. I sistemi WiBotic sono attualmente in funzione presso la stazione di ricerca MARS di MBARI al largo della costa di Monterey, in California, a una profondità di quasi 3000 piedi. In quel caso, le elettroniche del trasmettitore e del ricevitore sono alloggiate in bottiglie a pressione di 1 atm, ma le elettroniche possono anche essere progettate per contenitori riempiti di olio per resistere a profondità ancora maggiori.

WiBotic continua a lavorare con il DoD, varie università, organizzazioni no-profit e partner commerciali per espandere l’uso dei nostri sistemi sottomarini, ma è sicuramente un ambiente impegnativo!

WiBotic ha recentemente annunciato l’autorizzazione dell’equipaggiamento dalla Federal Communications Commission (FCC) per i suoi trasmettitori e ricevitori ad alta potenza. Questi prodotti sono i primi sistemi – operanti fino a 300 Watt – a ricevere l’approvazione della FCC per l’uso in robot mobili, droni e altri dispositivi industriali. Perché è importante e cosa significa per il futuro della robotica e dei droni?  

Man mano che l’industria della robotica continua a crescere, i produttori di robot e gli utenti finali si trovano ad affrontare un livello crescente di regolamentazione e requisiti di sicurezza più severi. È importante per i nostri clienti sapere che i prodotti WiBotic, come componente all’interno delle loro soluzioni robotiche più ampie, soddisferanno quei requisiti regolamentari. In breve, ciò consente ai produttori di robot e droni di concentrarsi su funzionalità aggiuntive e funzionalità per gli utenti finali, piuttosto che affrontare domande di certificazione. Ciò li lascerà liberi di distribuire flotte più grandi più velocemente di quanto sarebbe altrimenti possibile.

C’è qualcos’altro che vorreste condividere su Wibotic? 

Perché la maggior parte delle persone pensa alle antenne fisiche e ai circuiti stampati quando pensano all’alimentazione wireless, la quantità enorme di lavoro che abbiamo investito nel nostro software e firmware è spesso trascurata. In molti modi, è il firmware avanzato che abbiamo sviluppato che consente al nostro hardware di funzionare a intervalli di portata e livelli di potenza così utili.

Stiamo anche continuando ad aggiungere alle nostre capacità di ottimizzazione del potere della flotta per consentire un’analisi e una valutazione ancora maggiore dell’utilizzo del potere e della durata delle batterie in un’ampia gamma di applicazioni robotiche.

Grazie per la grande intervista, i lettori che desiderano saperne di più possono visitare WiBotic Inc, o leggere come WiBotic ha ricevuto un’approvazione FCC di prima industria per l’alimentazione wireless ad alta potenza di robot e droni.