Matt Carlson, VP Rozwoju Biznesu w WiBotic – Wywiad

Matt Carlson jest wiceprezesem ds. rozwoju biznesu w firmie WiBotic Inc, która dostarcza niezawodne bezprzewodowe rozwiązania do ładowania systemów robotów latających, mobilnych i wodnych.

Dlaczego bezprzewodowe rozwiązania ładowania są tak ważne dla przyszłości robotyki?  

Roboty potrzebują możliwości autonomicznego ładowania w większości aplikacji. Po prostu nie jest to opłacalne, aby zatrudnić personel do zarządzania ładowaniem baterii lub wymianą baterii. Jednak większość autonomicznego ładowania odbywa się obecnie za pomocą stacji dokujących, które wymagają fizycznego połączenia kontaktów elektrycznych.

Wymaga to bardzo precyzyjnej nawigacji do stacji ładowania, co jest trudne do zaprogramowania i nie zawsze niezawodne. Niewłaściwe wyalignowanie kontaktów może oznaczać brak ładowania i awarię robota. Stacje z kontaktami również ulegają zużyciu w czasie lub kontakty mogą zostać zabrudzone lub zardzewieć, co powoduje nieprzewidywalne ładowanie. Wreszcie, producenci robotów używają szerokiej gamy typów kontaktów elektrycznych, co sprawia, że niemal niemożliwe jest stworzenie jednej stacji ładowania, która mogłaby ładować każdego robota.

Bezprzewodowe systemy nie mają tych problemów. Systemy WiBotic oferują kilka centymetrów tolerancji wyalignowania, więc nie jest konieczne posiadanie niezwykle precyzyjnego stosu nawigacyjnego. Ponieważ anteny mogą być całkowicie uszczelnione przed czynnikami zewnętrznymi i nie mają fizycznego kontaktu ze sobą, bezprzewodowe systemy są również niezwykle niezawodne i mogą obsłużyć nieograniczoną liczbę cykli ładowania. Wreszcie, ponieważ użycie robotów rośnie, większość firm będzie wykorzystywać więcej niż jeden typ robota. Zamiast dedykować ścianę lub pokój wielu różnym stacjom ładowania, jedną bezprzewodową stację ładowania można wykorzystać do ładowania każdego robota, który został wyposażony w prostą antenę odbiorczą, co pozwala zaoszczędzić pieniądze i miejsce.

Początkowo WiBotic koncentrował się na zasilaniu urządzeń medycznych, jaki był powód, aby skierować się w stronę robotów, dronów i Autonomicznych Podwodnych Pojazdów (AUV)?

Dwóch założycieli WiBotic, Ben Waters i Josh Smith, rzeczywiście koncentrował się na bezprzewodowym zasilaniu urządzeń medycznych podczas większości swoich badań na Uniwersytecie w Waszyngtonie. Ich technologia zwiększyła zasięg i niezawodność bezprzewodowego zasilania, co było kluczowe dla rynku medycznego. Jednak gdy Ben otrzymał tytuł doktora i założył WiBotic, firma natychmiast skierowała się ku robotyce jako głównemu rynkowi. To było oparte na popycie ze strony przemysłu robotycznego.

Producenci robotów i dronów oraz użytkownicy końcowi rozpoznali korzyści z technologii WiBotic pod względem poziomu mocy i zasięgu w porównaniu z innymi bezprzewodowymi systemami. Zaczynali również mieć problemy z wdrożeniem stacji ładowania z kontaktami dla dużych flot robotów i szukali bardziej niezawodnych rozwiązań.

Dla rynku dronów, ładowanie z kontaktami jest niemożliwe w większości przypadków, ponieważ drony operują na zewnątrz (głównie), gdzie woda staje się problemem z każdym fizycznym kontaktem elektrycznym. I, oczywiście, podwodne aplikacje również korzystają z całkowicie uszczelnionego charakteru bezprzewodowego zasilania.

Jakie technologie transferu mocy są wykorzystywane? 

WiBotic wykorzystuje elementy indukcji elektrycznej i rezonansu magnetycznego do transferu mocy. Te dwie metody są stosunkowo dobrze udokumentowane na szerokim zakresie poziomów mocy. To, co wyróżnia WiBotic, to nasza zdolność do zarządzania połączeniem (technicznie impedancją) między antenami w czasie rzeczywistym. Nazywamy to adaptacyjnym dopasowaniem impedancji.

Jednym z największych wyzwań związanych z bezprzewodowym zasilaniem, szczególnie w robotyce, jest to, że środowisko elektryczne jest stale zmienne. Jeśli robot dokuje w nieco innej pozycji, jeśli jego elektroniczne układy wewnętrzne włączają się i wyłączają podczas ładowania, a gdy bateria sama się ładuje, impedancja między stroną nadawczą a odbiorczą systemu zmienia się. To może dramatycznie wpłynąć na wydajność i zasięg. Nasza technologia AIM stale monitoruje zmiany impedancji, abyśmy mogli utrzymać wydajność i poziom mocy, nawet gdy wszystkie te inne elementy w systemie się zmieniają.

Czy mógłbyś omówić wydajność jednostek, takich jak ilość mocy traconej podczas transmisji? 

Dla systemów WiBotic o mocy 250-300 watów mamy poziom wydajności końcowej między 70% a 80%. Reprezentuje to pełną wydajność systemu od wejścia do naszego nadajnika aż do wyjścia do baterii. Samo połączenie antenowe jest około 95% wydajne, ale są straty w obwodzie nadajnika i również w obwodzie ładowania baterii. To ostatnie jest ważne do zauważenia, ponieważ nawet bardzo dobrze zaprojektowany „wtyczkowy” ładowarka baterii jest zwykle tylko około 90-95% wydajny.

Używanie bezprzewodowego systemu jak nasz wynika w przybliżeniu o 10% mniej wydajny niż status quo ładowania z kontaktami.

Jakie są ograniczenia odległościowe, jak blisko jednostka robota musi być w pobliżu źródła zasilania? 

To zależy od rozmiaru anten używanych. Nasza standardowa antena nadawcza ma średnicę 20 cm, a antena odbiorcza 10 cm. Z tymi rozmiarami anten pozwalamy na 5 cm przestrzeni powietrznej między antenami i do 5 cm przesunięcia bocznego od pozycji koncentrycznej (czyli 10 cm łącznego przesunięcia bocznego).

W przeciwieństwie do innych bezprzewodowych systemów zasilania, a dzięki naszej technologii AIM, dostarczamy pełną moc do baterii w każdym punkcie w tym zakresie. Zasięgi mogą być zwiększone przez zwiększenie średnicy anten. Ponieważ nasze anteny są relatywnie proste i lekkie, możemy je modyfikować i produkować wersje niestandardowe dla klientów, którzy preferują inny rozmiar.

Czy wiele robotów może korzystać z tej samej stacji ładowania? 

Absolutnie! Tylko jeden robot może ładować się w bezprzewodowej stacji ładowania na raz, ale całe floty różnych robotów mogą korzystać z tej samej stacji ładowania (lub zestawu stacji ładowania). Jest to możliwe, ponieważ w przeciwieństwie do większości stacji ładowania z kontaktami, stacja nadawcza nie wysyła określonego poziomu napięcia i prądu. Zamiast tego wysyła bezprzewodową moc o określonej częstotliwości. Nasz ładowarka pokładowa, zainstalowany na robocie, konwertuje tę bezprzewodową energię na określone napięcie i prąd potrzebne przez ten pojazd.

Wspieramy baterie od 0-60V i poziomy prądu od 0-30A z naszą obecnie dostępną linią produktów.

Czy mógłbyś omówić niektóre z oprogramowania optymalizacji mocy, które jest obecnie oferowane? 

Nasze bezprzewodowe urządzenia zasilania są wyposażone w sieciowy interfejs graficzny, który pozwala klientom konfigurować system dla szerokiej gamy parametrów. Na przykład, użytkownicy mogą wybrać ładowanie do typowego „poziomu 100%” dla określonej baterii. Ale jeśli zrobią to każdego razu, mogą nie uzyskać tylu cykli ładowania z baterii. Jeśli 100% ładowania nie jest potrzebne, maksymalny poziom napięcia można dostosować w dół, aby przedłużyć żywotność baterii.

Podobnie, jeśli bateria jest zawsze ładowana z maksymalnym prądem (amperami), jej żywotność będzie skrócona. Używając naszego interfejsu graficznego i API, użytkownicy mogą naprawdę zaplanować ładowanie, aby ładować tak szybko, jak potrzebują, gdy robot musi wrócić do służby, lub wolniej, gdy mają więcej czasu (np. w nocy). Te funkcje konfigurowalności i optymalizacji baterii są dostępne z naszym standardowym interfejsem graficznym i za pomocą naszych API.

Oferta również nowego oprogramowania, które pozwala użytkownikom mapować i agregować informacje o ładowaniu z całej floty nadajników i odbiorników WiBotic. Pozwala to robotom wiedzieć, kiedy i gdzie stacje ładowania są dostępne, aby maksymalizować czas pracy. Pozwala również na szczegółowe raportowanie o wydajności ładowania baterii w czasie, co pomaga identyfikować problemy z bateriami i optymalizować dostarczanie mocy w całej flocie. Te funkcje stają się szczególnie przydatne, jeśli użytkownik końcowy może wdrożyć schematy ładowania okazjonalnego, gdzie roboty są ładowane wiele razy w ciągu dnia przez krótsze okresy czasu, zamiast opuszczać służbę na kilka godzin na raz na ładowanie.

Oferta bezprzewodowego zasilania Autonomicznych Podwodnych Pojazdów (AUV) wydaje się być niezwykle wyzwaniem, czy mógłbyś omówić to? 

Tak, istnieją pewne wyzwania związane z podwodnymi aplikacjami. Od strony transferu mocy, kilka centymetrów słonej wody może osłabić transfer mocy o około 50%, co sprawi, że ładowanie tych samych baterii pod wodą potrwa dłużej niż w powietrzu.

Zasięg anten jest również bardziej ograniczony z tego samego powodu, co oznacza, że UAV musi mieć bardzo dobrą nawigację, aby pomyślnie znaleźć i zadokować na stacji ładowania i wyalignować anteny. Jest to zwykle wspomagane przez jakiś fizyczny urządzenie wyalignowania, które kieruje UAV do stacji ładowania i pomaga w wyalignowaniu anten.

Korzyścią bezprzewodowego zasilania pod wodą jest to, że anteny mogą być całkowicie uszczelnione. Systemy WiBotic działają obecnie w stacji badawczej MBARI MARS u wybrzeży Monterey, CA, na głębokości prawie 3000 stóp. W tym przypadku elektroniczne nadajnika i odbiornika są umieszczone w pojemnikach o ciśnieniu 1 atm, ale elektroniczne mogą być również zaprojektowane do obudów wypełnionych olejem, aby wytrzymać jeszcze większe głębokości.

WiBotic kontynuuje pracę z DoD, różnymi uniwersytetami, organizacjami non-profit i partnerami komercyjnymi, aby rozszerzyć użycie naszych systemów pod wodą, ale jest to zdecydowanie wyzwaniem!

WiBotic ogłosił niedawno uzyskanie autoryzacji od Federalnej Komisji Łączności (FCC) dla swoich nadajników i odbiorników o wysokiej mocy. Te produkty są pierwszymi systemami – działającymi z mocą do 300 watów – które otrzymały zatwierdzenie FCC do użycia w mobilnych robotach, dronach i innych urządzeniach przemysłowych. Dlaczego jest to ważne i co to oznacza dla przyszłości robotyki i dronów?  

Ponieważ przemysł robotyczny nadal rośnie, producenci OEM i użytkownicy końcowi robotów stają się coraz bardziej regulowani i mają surowsze wymagania bezpieczeństwa. Ważne jest, aby nasi klienci wiedzieli, że produkty WiBotic, jako komponenty w ramach ich większych rozwiązań robotycznych, spełniają te wymagania regulacyjne. Krótko mówiąc, pozwala to producentom robotów i dronów na skupienie się na dodatkowych funkcjach i funkcjonalnościach dla użytkowników końcowych, zamiast zajmowania się pytaniami dotyczącymi certyfikacji. To pozwoli im wdrożyć większe floty szybciej, niż byłoby to możliwe w przeciwnym razie.

Czy jest coś jeszcze, co chciałbyś podzielić się na temat WiBotic? 

Ponieważ większość ludzi myśli o fizycznych antenach i obwodach, gdy myślą o bezprzewodowym zasilaniu, ogromna ilość pracy, którą włożyliśmy w nasze oprogramowanie i firmware, jest często pomijana. W wielu ways to zaawansowane firmware, które opracowaliśmy, pozwala naszemu sprzętowi działać na tak użytecznych zasięgach i poziomach mocy.

Jesteśmy również w trakcie dodawania nowych możliwości oprogramowania do optymalizacji mocy flot, aby umożliwić jeszcze większą analizę i benchmarking użycia mocy i trwałości baterii w szerokim zakresie aplikacji robotycznych.

Dziękuję za wspaniały wywiad, czytelnicy, którzy chcą dowiedzieć się więcej, powinni odwiedzić WiBotic Inc, lub przeczytać o tym, jak WiBotic otrzymał pierwsze w branży zatwierdzenie FCC dla bezprzewodowego ładowania robotów i dronów o wysokiej mocy.