Matt Carlson, vice-presidente de desenvolvimento de negócios da WiBotic – série de entrevistas

Matt Carlson é vice-presidente de desenvolvimento de negócios da WiBotic Inc., uma empresa que fornece soluções confiáveis ​​de energia sem fio para carregar sistemas de robôs aéreos, móveis e aquáticos.

Por que as soluções de carregamento sem fio são tão importantes para o futuro da robótica?  

Os robôs precisam da capacidade de carregar de forma autônoma para a maioria das aplicações. Simplesmente não é econômico contratar uma equipe de funcionários para gerenciar o carregamento ou a troca de baterias. No entanto, a maior parte do carregamento autônomo hoje é feito usando estações de acoplamento que exigem acoplamento físico de contatos elétricos.

Isso requer uma navegação muito precisa na base de carregamento, que é difícil de programar e nem sempre confiável. Não alinhar corretamente os contatos pode significar um ciclo de carregamento perdido e tempo de inatividade do robô. As estações baseadas em contato também se desgastam com o tempo, ou os contatos podem ficar sujos ou corroídos - novamente resultando em carregamento inconsistente. Por fim, os OEMs de robôs usam uma ampla variedade de tipos de contato elétrico, tornando quase impossível ter uma única estação de carregamento que possa carregar qualquer robô.

Os sistemas sem fio não têm nenhum desses problemas. Os sistemas WiBotic oferecem vários centímetros de tolerância de alinhamento, portanto não é necessário ter uma pilha de navegação extremamente precisa. Como as antenas podem ser totalmente vedadas aos elementos e não fazem contato físico umas com as outras, os sistemas sem fio também são altamente confiáveis ​​e podem lidar com um número ilimitado de ciclos de carga. Finalmente, à medida que o uso de robôs cresce, a maioria das empresas emprega mais de um tipo de robô. Em vez de ter uma parede ou sala dedicada a várias estações de carregamento diferentes, uma única estação de carregamento sem fio pode recarregar qualquer robô adaptado com uma simples antena receptora, economizando dinheiro e espaço.

O foco inicial da Wibotic era alimentar dispositivos médicos, qual foi o motivo para mudar para robôs, drones e Veículos Subaquáticos Autônomos (AUVs)?

Os dois fundadores da WiBotic, Ben Waters e Josh Smith, de fato se concentraram em energia sem fio para dispositivos médicos durante grande parte de suas pesquisas na Universidade de Washington. Sua tecnologia aumentou o alcance e a confiabilidade da energia sem fio, ambos críticos para o mercado médico. No entanto, quando Ben recebeu seu PhD e fundou a WiBotic, a empresa imediatamente se concentrou na robótica como seu principal mercado. Isso foi baseado na demanda da indústria de robótica.

Os OEMs de robôs e drones e os usuários finais reconheceram os benefícios da tecnologia WiBotic em termos de nível de potência e alcance quando comparados com outros sistemas sem fio. Eles também estavam começando a lutar com a implantação de carregadores baseados em contato para grandes frotas de robôs e procuravam soluções mais confiáveis.

Para o mercado de drones, o carregamento baseado em contato é um obstáculo na maioria dos casos, já que os drones operam ao ar livre (principalmente) onde a água se torna um problema com qualquer contato elétrico físico. E, claro, as aplicações subaquáticas também se beneficiam da natureza totalmente vedada da energia sem fio.

Quais são as tecnologias de transferência de energia que estão sendo usadas? 

O WiBotic usa elementos de indução elétrica e ressonância magnética para transferência de energia. Esses dois métodos são relativamente bem comprovados em uma ampla gama de níveis de potência. O que diferencia o WiBotic é nossa capacidade de gerenciar a conexão (tecnicamente a impedância) entre as antenas em tempo real. Chamamos isso de Adaptative Impedance Matching.

Um dos maiores desafios com energia sem fio, especialmente para robótica, é que o ambiente elétrico está em constante mudança. Se o robô se encaixar em uma posição ligeiramente diferente, se seus componentes eletrônicos internos ligarem e desligarem durante o carregamento e, conforme a própria bateria for carregada, a impedância entre os lados de transmissão e recepção do sistema muda. Isso pode afetar drasticamente a eficiência e o alcance. Nossa tecnologia AIM monitora constantemente as mudanças na impedância para que possamos manter a eficiência e os níveis de potência, mesmo quando todos os outros elementos do sistema estão mudando.

Você poderia discutir a eficiência das unidades, como quanta energia é perdida durante a transmissão de energia? 

Para os sistemas WiBotic de 250-300 Watts, temos um nível de eficiência de ponta a ponta entre 70% e 80%. Isso representa a eficiência total do sistema desde a entrada do nosso transmissor até a saída da bateria. A parte real de antena para antena dessa equação é cerca de 95% eficiente, mas há perdas no circuito do transmissor e também no circuito de carregamento da bateria. É importante observar essa última parte, pois mesmo um carregador de bateria "plug in" muito bem projetado normalmente tem apenas 90-95% de eficiência.

Usar um sistema sem fio como o nosso, portanto, resulta em cerca de 10% menos eficiência do que o status quo do carregamento baseado em contato.

Quais são as restrições de distância com o quão perto a unidade robótica precisa estar perto da fonte de energia? 

Isso depende do tamanho das antenas usadas. Nossa antena transmissora padrão tem 20 cm de diâmetro e a antena receptora tem 10 cm de diâmetro. Com esses tamanhos de antena, permitimos 5 cm de espaço de ar face a face entre as antenas e até 5 cm de deslocamento lado a lado de uma posição concêntrica (portanto, 10 cm no total de alcance lateral).

Ao contrário de outros sistemas de energia sem fio, e devido à nossa tecnologia AIM, fornecemos energia total à bateria em qualquer ponto dentro dessa faixa. Os alcances podem ser aumentados aumentando o diâmetro das antenas. Como nossas antenas são PCBAs relativamente simples (que também são muito finas e leves), podemos modificar e produzir versões personalizadas delas de forma relativamente barata para clientes que preferem um tamanho diferente.

Vários robôs podem usar a mesma estação de carregamento? 

Absolutamente! Apenas um robô pode carregar em uma estação de carregamento sem fio por vez, mas frotas inteiras de diversos robôs podem compartilhar a mesma estação de carregamento (ou conjunto de estações de carregamento). Isso é possível porque, ao contrário da maioria dos carregadores baseados em contato, a estação transmissora não está enviando um nível específico de tensão e corrente. Em vez disso, está enviando energia sem fio em uma frequência designada. Nosso carregador de bordo, instalado no robô, converte essa energia sem fio na tensão e corrente específicas necessárias para aquele veículo.

Suportamos baterias de 0-60V e níveis atuais de 0-30A com nossa linha de produtos atual.

Você poderia discutir alguns dos softwares de otimização de energia que são oferecidos atualmente? 

Nosso hardware de energia sem fio vem com uma GUI baseada na web que permite aos clientes configurar o sistema para uma ampla gama de parâmetros. Por exemplo, os usuários podem optar por carregar até o nível típico de “carga de 100%” para uma bateria específica. Mas se eles fizerem isso todas as vezes, podem não obter tantos ciclos de carga da bateria. Portanto, se 100% de carga não for necessária, o nível máximo de tensão pode ser ajustado para baixo para prolongar a vida útil da bateria.

Da mesma forma, se a bateria for sempre carregada com a corrente máxima (ampères), sua vida útil será reduzida. Usando nossa GUI e APIs, os usuários podem agendar o carregamento proativamente para que carreguem o mais rápido possível quando o robô precisar voltar ao serviço ou mais lentamente quando souberem que têm mais tempo (durante a noite, por exemplo). Esses recursos de configuração e otimização de bateria estão disponíveis com nossa GUI padrão e usando nossas APIs.

Também oferecemos um novo produto de software que permite aos usuários mapear e agregar informações de cobrança de toda a frota de transmissores e receptores WiBotic. Isso permite que os robôs saibam quando e onde as estações de carregamento estão disponíveis para ajudá-los a maximizar o tempo de atividade. Ele também permite relatórios detalhados sobre o desempenho de carregamento das baterias ao longo do tempo, ajudando a identificar problemas de bateria e otimizando o fornecimento de energia em toda a frota. Esses recursos tornam-se particularmente úteis se o usuário final puder implementar esquemas de cobrança de oportunidade, em que os robôs carregam várias vezes ao dia por períodos de tempo mais curtos, em vez de deixar o serviço por várias horas seguidas para carregar.

Oferecer energia sem fio para Veículos Subaquáticos Autônomos (AUVs) parece ser extremamente desafiador, você poderia discutir isso? 

Sim, definitivamente existem muitos desafios com aplicações subaquáticas. Do ponto de vista da transferência de energia, alguns centímetros de água salgada atenuarão a transferência de energia em cerca de 50%, portanto, levará mais tempo para carregar baterias do mesmo tamanho debaixo d'água do que no ar.

O alcance da antena também é mais restrito pelo mesmo motivo, o que significa que o UAV deve ter uma navegação muito boa para encontrar e atracar com sucesso na estação de carregamento. Isso geralmente é auxiliado por algum tipo de dispositivo de alinhamento físico que direciona o UAV para a estação de carregamento e ajuda a alinhar as antenas.

No entanto, o benefício da energia sem fio debaixo d'água é que as antenas podem ser totalmente encapsuladas ou seladas. Os sistemas WiBotic estão operando atualmente na estação de pesquisa MBARI MARS na costa de Monterey, CA, a uma profundidade de quase 3000 pés. Nesse caso, os componentes eletrônicos do transmissor e do receptor são alojados em garrafas de pressão de 1 atm, mas os componentes eletrônicos também podem ser projetados para compartimentos preenchidos com óleo para resistir a uma profundidade ainda maior.

A WiBotic continua a trabalhar com o DoD, várias universidades, organizações sem fins lucrativos e parceiros comerciais para expandir o uso de nossos sistemas subaquáticos, mas é definitivamente um ambiente desafiador!

WiBotic recentemente autorização de equipamento anunciada da Federal Communications Commission (FCC) por seus transmissores e receptores de alta potência. Esses produtos são os primeiros sistemas – operando em até 300 Watts – a receber a aprovação da FCC para uso em robôs móveis, drones e outros dispositivos industriais. Por que isso é importante e o que isso significa para o futuro da robótica e dos drones?  

À medida que a indústria de robótica continua a crescer, os OEMs e os usuários finais de robôs enfrentam um nível crescente de regulamentação e requisitos de segurança mais rígidos. É importante que nossos clientes saibam que os produtos WiBotic, como um componente de suas soluções robóticas maiores, atenderão a esses requisitos regulamentares. Em suma, permite que os fabricantes de robôs e drones se concentrem em recursos e funcionalidades adicionais para os usuários finais, em vez de lidar com questões de certificação. Isso permitirá que eles implantem frotas maiores mais rapidamente do que seria possível.

Há mais alguma coisa que você gostaria de compartilhar sobre Wibotic? 

Como a maioria das pessoas pensa em antenas físicas e placas de circuito quando pensa em energia sem fio, a imensa quantidade de trabalho que colocamos em nosso software e firmware é frequentemente negligenciada. De muitas maneiras, é o firmware avançado que desenvolvemos que permite que nosso hardware funcione em faixas e níveis de energia tão úteis.

Também continuamos a adicionar à nossa frota capacidades de software de otimização de energia para permitir uma análise ainda maior e benchmarking do uso de energia e durabilidade das baterias em uma ampla gama de aplicações robóticas.

Obrigado pela ótima entrevista, os leitores que desejam saber mais devem visitar em WiBotic Inc., ou leia sobre como o WiBotic Recebeu a primeira aprovação da FCC do setor para carregamento sem fio de alta potência de robôs e drones.