Matt Carlson, VP Business Development bij WiBotic – Interview Series

Matt Carlson is de Vice President of Business Development bij WiBotic Inc, een bedrijf dat betrouwbare draadloze vermogensoplossingen biedt om lucht-, mobiele en aquatische robot-systemen op te laden.

Waarom zijn draadloze laadoplossingen zo belangrijk voor de toekomst van de robotica?  

Robots hebben de mogelijkheid nodig om autonoom op te laden voor de meeste toepassingen.  Het is simpelweg niet kostenefficiënt om een team van werknemers in te huren om batterijlading of batterijwisseling te beheren.  Echter, de meeste autonome lading vandaag de dag gebeurt met behulp van dockstations die fysieke elektrische contacten vereisen.

Dit vereist zeer precieze navigatie naar het laaddock, wat moeilijk te programmeren is en niet altijd betrouwbaar is.  Als de robot niet correct aansluit, kan dit leiden tot een gemiste laadcycllus en downtime van de robot.  Contactgebaseerde stations zullen ook slijten met de tijd, of de contacten kunnen vuil of gecorrodeerd raken – wat resulteert in onregelmatige lading. Ten slotte gebruiken robot-OEM’s een breed scala aan elektrische contacttypen, waardoor het bijna onmogelijk is om één laadstation te hebben dat elke robot kan opladen.

Draadloze systemen hebben geen van deze problemen. WiBotic-systemen bieden enkele centimeters aan uitlijningstolerantie, dus het is niet nodig om een extreem precieze navigatiestack te hebben. Omdat de antennes volledig afgesloten kunnen worden van de omgeving en geen fysiek contact met elkaar maken, zijn draadloze systemen ook zeer betrouwbaar en kunnen ze een onbeperkt aantal laadcycli aan.  Ten slotte, als het gebruik van robots toeneemt, zullen de meeste bedrijven meer dan één type robot gebruiken.  In plaats van een muur of kamer te hebben die gewijd is aan veel verschillende laaddocks, kan één draadloos laadstation elke robot opladen die is uitgerust met een eenvoudige ontvangerantenne, waardoor geld en ruimte worden bespaard.

WiBotic’s initiële focus lag op het leveren van stroom aan medische apparaten, wat was de reden om over te schakelen naar robots, drones en Autonome Onderwater Voertuigen (AUV’s)?

WiBotic’s twee oprichters, Ben Waters en Josh Smith, richtten zich inderdaad op draadloze stroom voor medische apparaten tijdens een groot deel van hun onderzoek aan de Universiteit van Washington.  Hun technologie verhoogde het bereik en de betrouwbaarheid van draadloze stroom, die beide essentieel waren voor de medische markt.  Echter, toen Ben zijn PhD behaalde en WiBotic oprichtte, richtte het bedrijf zich meteen op robotica als zijn primaire markt.   Dit was gebaseerd op vraag van de robotica-industrie.

Robot- en drone-OEM’s en eindgebruikers erkenden de voordelen van WiBotic-technologie in termen van stroomniveau en bereik in vergelijking met andere draadloze systemen.  Ze begonnen ook te worstelen met de implementatie van contactgebaseerde laders voor grote vloten van robots en zochten naar meer betrouwbare oplossingen.

Voor de drone-markt is contactgebaseerde lading in de meeste gevallen geen optie, aangezien drones meestal buiten opereren (meestal) waar water een probleem vormt met elk fysiek elektrisch contact.  En, natuurlijk, onderwater-toepassingen profiteren ook van de volledig afgesloten aard van draadloze stroom.

Welke stroomoverdrachttechnologieën worden gebruikt? 

WiBotic gebruikt elementen van zowel elektrische inductie als magnetische resonantie voor stroomoverdracht.  Deze twee methoden zijn relatief goed bewezen op een breed scala aan stroomniveaus. Wat WiBotic onderscheidt, is onze mogelijkheid om de verbinding (technisch de impedantie) tussen antennes in real-time te beheren.   We noemen dit Adaptive Impedance Matching.

Een van de grootste uitdagingen met draadloze stroom, vooral voor robotica, is dat de elektrische omgeving constant verandert.  Als de robot in een iets andere positie aanmeert, als zijn interne elektronica aan- en uitgaat tijdens het opladen, en als de batterij zelf oplaadt, verandert de impedantie tussen de zender- en ontvangerkant van het systeem.  Dit kan de efficiëntie en het bereik aanzienlijk beïnvloeden.   Onze AIM-technologie bewaakt constant veranderingen in impedantie, zodat we efficiëntie en stroomniveaus kunnen behouden, zelfs als al deze andere elementen in het systeem veranderen.

Kunt u discussiëren over de efficiëntie van de eenheden, zoals hoeveel stroom verloren gaat tijdens de stroomoverdracht? 

Voor WiBotic’s 250-300 Watt-systemen hebben we een eind-tot-eind-efficiëntieniveau van tussen 70% en 80%.  Dit vertegenwoordigt de volledige systeemefficiëntie van de ingang van onze zender tot de uitgang naar de batterij.  Het daadwerkelijke antenne-tot-antenne-deel van die vergelijking is ongeveer 95% efficiënt, maar er zijn verliezen in de zendercircuitering en ook in de batterijladingcircuitering.   Dat laatste is belangrijk om op te merken, aangezien zelfs een zeer goed ontworpen “plug-in”-batterijlader meestal slechts ongeveer 90-95% efficiënt is.

Gebruik van een draadloos systeem zoals het onze resulteert dus in ongeveer 10% minder efficiëntie dan de status quo van contactgebaseerde lading.

Wat zijn de afstandsbeperkingen met hoe dicht de robotische eenheid in de buurt van de stroombron moet zijn? 

Dit hangt af van de grootte van de antennes die worden gebruikt.  Onze standaardzenderantenne is 20cm in diameter en de ontvangerantenne is 10cm in diameter. Met die antennegroottes laten we 5cm van face-to-face-luchtgat tussen antennes en tot 5cm van zij-aan-zij-afwijking van een concentrische positie (dus 10 totaal cm van zij-aan-zij-bereik).

In tegenstelling tot andere draadloze stroomsystemen, en vanwege onze AIM-technologie, leveren we volledige stroom aan de batterij op elk punt binnen dat bereik.   Bereiken kunnen worden verhoogd door de diameter van de antennes te vergroten.  Omdat onze antennes relatief eenvoudige PCB’s zijn (die ook zeer dun en licht zijn) kunnen we ze relatief goedkoop aanpassen en produceren voor klanten die een andere grootte prefereren.

Zijn meerdere robots in staat om hetzelfde laadstation te gebruiken? 

Absoluut!  Alleen één robot kan tegelijkertijd opladen bij een draadloos laadstation, maar hele vloten van diverse robots kunnen allemaal hetzelfde laadstation (of set van laadstations) delen. Dit is mogelijk omdat, in tegenstelling tot de meeste contactgebaseerde laders, het zenderstation niet een specifiek voltage- en stroomniveau verstuurt. In plaats daarvan verstuurt het draadloze stroom op een bepaalde frequentie. Onze Onboard Charger, geïnstalleerd op de robot, zet die draadloze energie dan om in het specifieke voltage en stroomniveau dat nodig is voor dat voertuig.

We ondersteunen batterijen van 0-60V en stroomniveaus van 0-30A met onze huidige productlijn.

Kunt u enkele van de stroomoptimalisatiesoftware bespreken die momenteel wordt aangeboden? 

Onze draadloze stroomhardware wordt geleverd met een webgebaseerde GUI die klanten in staat stelt om het systeem te configureren voor een breed scala aan parameters.  Bijvoorbeeld, gebruikers kunnen kiezen om op te laden tot het typische “100% laadniveau” voor een bepaalde batterij. Maar als ze dit elke keer doen, kunnen ze mogelijk niet zo veel laadcycli uit de batterij krijgen.   Als 100% laadniveau niet nodig is, kan het maximale spanningsniveau naar beneden worden aangepast om de levensduur van de batterij te verlengen.

Soortgelijk, als de batterij altijd wordt opgeladen met de maximale stroom (ampères), zal de levensduur worden verkort.  Met behulp van onze GUI en API’s kunnen gebruikers daadwerkelijk proactief opladen plannen, zodat ze zo snel mogelijk opladen wanneer de robot terug moet naar dienst, of langzamer wanneer ze weten dat ze meer tijd hebben (bijvoorbeeld ‘s nachts).   Deze configuratie- en batterijoptimalisatiefuncties zijn beschikbaar met onze standaard-GUI en door het gebruik van onze API’s.

We bieden ook een nieuw softwareproduct aan dat gebruikers in staat stelt om laadgegevens van een hele vloot van WiBotic-zenders en -ontvangers in kaart te brengen en samen te voegen.  Dit stelt robots in staat om te weten wanneer en waar laadstations beschikbaar zijn om hun uptime te maximaliseren.   Het stelt ook gedetailleerde rapportage mogelijk over de laadprestaties van batterijen over tijd, waardoor batterijproblemen kunnen worden geïdentificeerd en stroomlevering kan worden geoptimaliseerd over de hele vloot.  Deze functies worden vooral nuttig als de eindgebruiker in staat is om opportuniteitslaadregimes te implementeren, waarbij robots meerdere keren per dag voor kortere perioden opladen, in plaats van uit dienst te gaan voor meerdere uren om op te laden.

Het aanbieden van draadloze stroom aan Autonome Onderwater Voertuigen (AUV’s) lijkt een enorme uitdaging, kunt u hierover discussiëren? 

Ja, er zijn inderdaad veel uitdagingen met onderwater-toepassingen.   Vanuit een stroomoverdrachtperspectief zal een paar centimeter zout water de stroomoverdracht met ongeveer 50% verminderen, dus het zal langer duren om dezelfde grootte batterijen op te laden onder water dan in de lucht.

Het antennebereik is ook meer beperkt vanwege dezelfde reden, wat betekent dat de UAV zeer goede navigatie nodig heeft om succesvol aan te meren en op te laden bij het laadstation.  Dit wordt meestal geholpen door een soort fysieke uitlijningsapparaat dat de UAV naar het laadstation leidt en helpt om de antennes uit te lijnen.

Het voordeel van draadloze stroom onder water is echter dat de antennes volledig kunnen worden afgesloten.  WiBotic-systemen werken momenteel op het MBARI MARS-onderzoeksstation voor de kust van Monterey, CA op een diepte van bijna 3000 voet.  In dat geval zijn de zender- en ontvanger-elektronica ondergebracht in 1atm-drukbussen, maar elektronica kunnen ook worden ontworpen voor olievrije behuizingen om nog grotere diepten te weerstaan.

WiBotic werkt voortdurend samen met het DoD, verschillende universiteiten, non-profitorganisaties en commerciële partners om het gebruik van onze systemen onder water uit te breiden, maar het is zeker een uitdagende omgeving!

WiBotic heeft onlangs apparatuurvergunning ontvangen van de Federal Communications Commission (FCC) voor zijn hoogvermogenzenders en -ontvangers. Deze producten zijn de eerste systemen – die opereren tot 300 Watt – die FCC-goedkeuring hebben ontvangen voor gebruik in mobiele robots, drones en andere industriële apparaten.  Waarom is dit belangrijk en wat betekent dit voor de toekomst van robotica en drones?  

Naarmate de robotica-industrie blijft groeien, worden OEM’s en robot-eindgebruikers geconfronteerd met een toenemend niveau van regulering en strengere veiligheidsvereisten.  Het is belangrijk voor onze klanten om te weten dat WiBotic-producten, als onderdeel van hun bredere robotische oplossingen, aan die regelgevingsvereisten zullen voldoen.   Kortom, het stelt robot- en drone-fabrikanten in staat om zich te concentreren op extra functies en functionaliteit voor eindgebruikers, in plaats van zich bezig te houden met certificeringsvragen.  Dit zal hen in staat stellen om grotere vloten sneller in te zetten dan anders het geval zou zijn.

Is er nog iets dat u zou willen delen over Wibotic? 

Omdat de meeste mensen denken aan de fysieke antennes en printplaten wanneer ze denken aan draadloze stroom, wordt de immense hoeveelheid werk die we hebben gestopt in onze software en firmware vaak over het hoofd gezien. In veel opzichten is het de geavanceerde firmware die we hebben ontwikkeld die onze hardware in staat stelt om op zulke nuttige bereiken en stroomniveaus te presteren.

We zijn ook voortdurend bezig om onze fleet power-optimalisatiesoftware-functionaliteiten uit te breiden om nog meer analyse en benchmarking van het gebruik van stroom en de duurzaamheid van batterijen over een breed scala aan robot-toepassingen mogelijk te maken.

Bedankt voor het geweldige interview, lezers die meer willen leren, kunnen bezoeken WiBotic Inc, of lees over hoe WiBotic een industrie-first FCC-goedkeuring ontving voor hoogvermogen draadloze oplading van robots en drones.