Matt Carlson, VP forretningsutvikling i WiBotic – Intervju-serie

Matt Carlson er visepresident for forretningsutvikling i WiBotic Inc, et selskap som tilbyr pålitelige trådløse strømløsninger for å lade luft-, mobil- og akvatiske robot-systemer.

Hvorfor er trådløse ladingsløsninger så viktige for fremtiden til robot-teknologien?  

Robotene trenger evnen til å lade seg selvstendig for de fleste anvendelser.  Det er enkelt ikke kost-efektivt å ansette en stab av arbeidere for å håndtere batterilading eller batteribyting.  Imidlertid gjøres de fleste selvstendige ladingsprosesser i dag ved hjelp av dokkingsstasjoner som krever fysisk kobling av elektriske kontakter.

Dette krever meget nøyaktig navigasjon inn i ladestasjonen, som er vanskelig å programmere og ikke alltid pålitelig.  Å ikke klare å koble kontaktene riktig kan føre til at ladeprosessen mislykkes og at roboten går ned.  Kontaktbaserte stasjoner vil også slite ut over tid, eller kontaktene kan bli skitne eller korrodert – noe som igjen kan føre til inkonsistent lading. Til slutt bruker robot-OEM-er en rekke elektriske kontakttyper, noe som gjør det nesten umulig å ha en enkelt ladestasjon som kan lade alle roboter.

Trådløse systemer har ingen av disse problemene. WiBotic-systemene tilbyr flere centimeter med justeringstoleranse, så det er ikke nødvendig å ha en ekstremt nøyaktig navigasjonsstak. Fordi antenner kan være fullstendig forseglet mot elementene og ikke kommer i fysisk kontakt med hverandre, er trådløse systemer også høyt pålitelige og kan håndtere et ubegrenset antall ladecykler.  Til slutt, ettersom robot-bruken øker, vil de fleste selskaper bruke mer enn en type robot.  I stedet for å ha en vegg eller et rom dedikert til mange forskjellige ladestasjoner, kan en enkelt trådløs ladestasjon lade alle roboter som er utstyrt med en enkel mottakerantenne, og spare penger og plass.

WiBotics opprinnelige fokus var på å strømforsyne medisinske enheter, hva var grunnen til å endre fokus mot roboter, droner og autonome undervannsfarkoster (AUV-er)?

WiBotics to grunnleggere, Ben Waters og Josh Smith, fokuserte faktisk på trådløs strømforsyning for medisinske enheter under mye av sin forskning ved University of Washington.  Deres teknologi økte rekkevidden og påliteligheten av trådløs strømforsyning, som var kritisk for det medisinske markedet.  Imidlertid, da Ben fikk sin doktorgrad og grunnla WiBotic, fokuserte selskapet umiddelbart på robot-teknologien som sitt primære marked.   Dette var basert på etterspørsel fra robot-industrien.

Robot- og drone-OEM-er og sluttbrukere erkjente fordelene med WiBotic-teknologien når det gjaldt strømnivå og rekkevidde sammenlignet med andre trådløse systemer.  De begynte også å slite med å deployere kontaktbaserte ladeenheter for store flåter av roboter og søkte etter mer pålitelige løsninger.

For drone-markedet er kontaktbasert lading ikke mulig i de fleste tilfeller, siden dronene opererer utendørs (for det meste) hvor vann blir et problem med enhver fysisk elektrisk kontakt.  Og, naturligvis, har også undervanns-applikasjoner fordeler av den fullstendig forseglede naturen til trådløs strømforsyning.

Hva er strømoverførings-teknologiene som brukes? 

WiBotic bruker elementer av både elektrisk induksjon og magnetisk resonans for strømoverføring.  Disse to metodene er relativt godt bevist på et bredt spekter av strømnivåer. Hva som skiller WiBotic fra andre, er vår evne til å håndtere koblingen (teknisk sett impedansen) mellom antenner i sanntid.   Vi kaller dette Adaptive Impedance Matching.

En av de største utfordringene med trådløs strømforsyning, spesielt for robot-teknologien, er at den elektriske miljøet er konstant i endring.  Hvis roboten dokker i en litt annerledes posisjon, hvis dens interne elektronikk slås på og av under lading, og mens batteriet selv lades opp, endrer impedansen mellom sender- og mottakersiden av systemet.  Dette kan dramatisk påvirke effisiens og rekkevidde.   Vår AIM-teknologi overvåker konstant endringer i impedans, så vi kan opprettholde effisiens og strømnivåer, selv når alle disse andre elementene i systemet er i endring.

Kunne du diskutere effisiensen til enhetene, som hvor mye strøm som går tapt under strømoverføring? 

For WiBotics 250-300 Watt-systemer har vi en sluttført effisiensnivå på mellom 70% og 80%.  Dette representerer den fullstendige systemeffisiensen fra inngangen til vår sender til utgangen til batteriet.  Den faktiske antenne-til-antenne-delen av denne ligningen er omtrent 95% effisient, men det er tap i senderkretsen og også i batteriladingskretsen.   Den siste delen er viktig å merke, siden selv en meget godt designet “plug-in”-batterilader er typisk bare rundt 90-95% effisient.

Å bruke et trådløst system som vårt resulterer derfor i omtrent 10% lavere effisiens enn status quo med kontaktbasert lading.

Hva er avstandsbegrensningene med hvor nært den robotiske enheten må være nær strømkilden? 

Dette avhenger av størrelsen på antenner som brukes.  Vår standard senderantenne er 20cm i diameter og mottakerantennen er 10cm i diameter. Med disse antennestørrelsene, tillater vi 5cm luftgap mellom antenner og opptil 5cm side-til-side-forflytning fra en koncentrisk posisjon (så 10 totalt cm side-til-side-område).

I motsetning til andre trådløse strømsystemer, og takket være vår AIM-teknologi, leverer vi full strøm til batteriet på ethvert punkt innenfor dette området.   Rekkevidden kan økes ved å øke diameteren på antenner.  Fordi våre antenner er relativt enkle PCB-er (som også er meget tynne og lette) kan vi modifisere og produsere tilpassede versjoner av dem relativt billig for kunder som foretrekker en annen størrelse.

Er det mulig for flere roboter å bruke samme ladestasjon? 

Absolutt!  Bare en robot kan lade på en trådløs ladestasjon om gangen, men hele flåter av forskjellige roboter kan alle dele samme ladestasjon (eller sett av ladestasjoner). Dette er mulig fordi, i motsetning til de fleste kontaktbaserte ladeenheter, senderstasjonen ikke sender ut en bestemt spenning og strøm. I stedet sender den trådløs strøm på en bestemt frekvens. Vår onboard-lader, installert på roboten, konverterer deretter den trådløse energien til den spenning og strøm som trengs av kjøretøyet.

Vi støtter batterier fra 0-60V og strømnivåer fra 0-30A med våre nåværende produkter.

Kunne du diskutere noe av strømoptimeringsprogramvaren som tilbys? 

Vår trådløse strøm-hardware leveres med en web-basert grensesnitt som lar kundene konfigurere systemet for en rekke av parametre.  For eksempel kan brukerne velge å lade til den typiske “100% lade”-nivået for et bestemt batteri. Men hvis de gjør dette hver gang, kan de kanskje ikke få like mange ladecykler ut av batteriet.   Hvis 100% lade ikke er nødvendig, kan det maksimale spenningnivået justeres nedover for å forlenge batterilevetiden.

Tilsvarende, hvis batteriet alltid lades med maksimal strøm (ampere), vil levetiden reduseres. Ved hjelp av vårt grensesnitt og API-er, kan brukerne faktisk proaktivt planlegge lading, så de kan lade så raskt som mulig når roboten trenger å komme tilbake i tjeneste, eller mer sakte når de vet de har mer tid (for eksempel om natten).   Disse konfigurasjons- og batterioptimeringsfunksjonene er tilgjengelige med vårt standard grensesnitt og ved å bruke våre API-er.

Vi tilbyr også et nytt programvareprodukt som lar brukerne kartlegge og deretter aggregere ladeinformasjon fra hele flåten av WiBotic-sendere og mottakere.  Dette lar robotene vite når og hvor ladestasjoner er tilgjengelige for å maksimere oppetiden.   Det lar også detaljert rapportering om lade-prestasjonen til batterier over tid, og hjelper med å identifisere batteriproblemer og optimere strømleveringen over hele flåten.  Disse funksjonene blir spesielt nyttige hvis sluttbrukeren kan implementere mulighetsladingsskjemaer, hvor robotene lades mange ganger om dagen i kortere perioder, i stedet for å forlate tjenesten i flere timer om gangen for lading.

Tilbyr trådløs strøm til autonome undervannsfarkoster (AUV-er) ser ut til å være ekstremt utfordrende, kunne du diskutere dette? 

Ja, det er definitivt mange utfordringer med undervanns-applikasjoner.   Fra et strømoverføringsperspektiv vil noen centimeter saltvann dempe strømoverføringen med omtrent 50%, så det vil ta lengre tid å lade samme størrelse batterier under vann enn i luft.

Antenne-rekkevidden er også mer begrenset av samme grunn, noe som betyr at UAV-en må ha meget god navigasjon for å kunne finne og koble til ladestasjonen.  Dette er vanligvis hjulpet av en fysisk justeringsenhet som dirigerer UAV-en inn i ladestasjonen og hjelper med å justere antenner.

Fordelen med trådløs strøm under vann er imidlertid at antenner kan være fullstendig forseglede.  WiBotic-systemer er for tiden i drift ved MBARI MARS-forskningsstasjonen utenfor kysten av Monterey, CA, på en dybde på nesten 3000 fot.  I dette tilfelle er sender- og mottaker-elektronikken plassert i 1-atm-trykkflasker, men elektronikk kan også være designet for olje-fylte innkapslinger for å tåle enda større dybder.

WiBotic fortsetter å arbeide med DoD, universiteter, non-profit-organisasjoner og kommersielle partnere for å utvide bruken av våre systemer under vann, men det er definitivt en utfordrende miljø!

WiBotic har nylig annonsert utstyrs-godkjenning fra Federal Communications Commission (FCC) for sine høyeffekt-sendere og mottakere. Disse produktene er de første systemene – som opererer på opptil 300 Watt – som har fått FCC-godkjenning for bruk i mobile roboter, droner og andre industrielle enheter.  Hvorfor er dette viktig og hva betyr det for fremtiden til robot-teknologien og droner?  

Som robot-industrien fortsetter å vokse, møter OEM-er og robot-sluttbrukere en økende grad av regulering og strengere sikkerhetskrav.  Det er viktig for våre kunder å vite at WiBotic-produkter, som en komponent i deres større robot-løsninger, vil møte disse regulatoriske kravene.   Kort sagt, det lar robot- og drone-produsenter fokusere på ytterligere funksjoner og funksjonalitet for sluttbrukere, i stedet for å håndtere sertifiserings-spørsmål.  Dette vil la dem deployere større flåter raskere enn det ellers ville være mulig.

Er det noe annet du ville like å dele om Wibotic? 

Fordi de fleste mennesker tenker på de fysiske antenner og kretskortene når de tenker på trådløs strøm, er det enorme arbeidet vi har lagt ned i vår programvare og firmware ofte oversett. I mange måter er det avanserte firmware vi har utviklet som lar vår hardware fungere på så nyttige rekkevidder og strømnivåer.

Vi fortsetter å utvide våre flåt-strømoptimerings-programvare-funksjoner for å tillate enda mer analyse og benchmarking av bruken av strøm og holdbarhet av batterier over en bred rekke av robot-applikasjoner.

Takk for det flotte intervjuet, lesere som ønsker å lære mer kan besøke WiBotic Inc, eller lese om hvordan WiBotic fikk en bransje-først FCC-godkjenning for høyeffekt trådløs lading av roboter og droner.