Matt Carlson, VP Dezvoltare de Afaceri la WiBotic – Seria de Interviuri

Matt Carlson este Vicepreședintele Dezvoltării de Afaceri la WiBotic Inc, o companie care oferă soluții de alimentare wireless fiabile pentru a încărca sistemele de roboți aeriene, mobile și acvatice.

De ce sunt soluțiile de încărcare wireless atât de importante pentru viitorul roboticii?  

Roboții au nevoie de capacitatea de a se încărca autonom pentru majoritatea aplicațiilor.  Nu este eficient din punct de vedere al costurilor să angajați un personal pentru a gestiona încărcarea bateriilor sau schimbul bateriilor.  Cu toate acestea, majoritatea încărcărilor autonome de astăzi se fac utilizând stații de încărcare care necesită cuplarea fizică a contactelor electrice.

Aceasta necesită o navigare foarte precisă în stația de încărcare, ceea ce este dificil de programat și nu este întotdeauna fiabil.  Dacă contactele nu sunt aliniate corect, poate duce la o încărcare ratată și la downtime-ul robotului.  Stațiile de contact vor purta și ele timp, sau contactele pot deveni murdare sau corodate – ceea ce duce la o încărcare inconstantă. În plus, producătorii de roboți utilizează o gamă largă de tipuri de contacte electrice, ceea ce face aproape imposibil să aveți o singură stație de încărcare care să poată încărca orice robot.

Sistemele wireless nu au aceste probleme.  Sistemele WiBotic oferă câteva centimetri de toleranță de aliniere, astfel încât nu este necesar să aveți o stivă de navigare extrem de precisă. Deoarece antenele pot fi complet etanșate la elemente și nu intră în contact fizic una cu cealaltă, sistemele wireless sunt foarte fiabile și pot gestiona un număr nelimitat de cicluri de încărcare.  În cele din urmă, pe măsură ce utilizarea roboților crește, majoritatea companiilor vor utiliza mai mult de un tip de robot.  În loc să aveți un perete sau o cameră dedicată mai multor stații de încărcare diferite, o singură stație de încărcare wireless poate reîncărca orice robot care este retrofitat cu o antenă de receptor simplă, economisind bani și spațiu.

Focusul inițial al WiBotic a fost pe alimentarea dispozitivelor medicale, ce a fost motivul pentru a se îndrepta către roboți, drone și vehicule subacvatice autonome (AUV)?

Cei doi fondatori ai WiBotic, Ben Waters și Josh Smith, s-au concentrat într-adevăr pe alimentarea wireless pentru dispozitive medicale în timpul cercetărilor la Universitatea din Washington.  Tehnologia lor a crescut raza și fiabilitatea alimentării wireless, care erau ambele critice pentru piața medicală.  Cu toate acestea, când Ben a primit doctoratul și a fondat WiBotic, compania s-a concentrat imediat pe robotica ca piața sa principală.   Acest lucru a fost bazat pe cererea din industria roboticii.

Producătorii de roboți și drone, precum și utilizatorii finali, au recunoscut beneficiile tehnologiei WiBotic în ceea ce privește nivelul de putere și raza de acțiune în comparație cu alte sisteme wireless.  Ei începeau să se lupte cu implementarea încărcătoarelor cu contact pentru flote mari de roboți și căutau soluții mai fiabile.

Pentru piața dronelor, încărcarea cu contact este un nonsens în majoritatea cazurilor, deoarece dronelor operează în exterior (în majoritate) unde apa devine o problemă cu orice contact electric.  Și, desigur, aplicațiile subacvatice beneficiază și ele de natura complet etanșată a alimentării wireless.

Care sunt tehnologiile de transfer de putere utilizate? 

WiBotic utilizează elemente ale inducției electrice și rezonanței magnetice pentru transferul de putere.  Aceste două metode sunt relativ bine dovedite la o gamă largă de niveluri de putere. Ceea ce diferențiază WiBotic este capacitatea noastră de a gestiona conexiunea (tehnic, impedanța) dintre antene în timp real.   O numim Adaptare a Impedanței.

Una dintre cele mai mari provocări ale alimentării wireless, în special pentru robotica, este faptul că mediul electric se schimbă constant.  Dacă robotul se conectează la o poziție ușor diferită, dacă electronica sa internă se pornește și se oprește în timpul încărcării, și pe măsură ce bateria însăși se încarcă, impedanța dintre partea de transmisie și receptare a sistemului se schimbă.  Acest lucru poate afecta dramatic eficiența și raza de acțiune.   Tehnologia noastră AIM monitorizează constant schimbările de impedanță, astfel încât putem menține eficiența și nivelurile de putere, chiar și atunci când toate celelalte elemente ale sistemului se schimbă.

Puteți discuta despre eficiența unităților, cum ar fi câtă putere se pierde în timpul transmisiei? 

Pentru sistemele noastre de 250-300 de wați, avem un nivel de eficiență de la 70% la 80%.  Acesta reprezintă eficiența sistemului complet de la intrarea în transmițător până la ieșirea către baterie.  Partea de antenă la antenă a acestei ecuații este de aproximativ 95% eficientă, dar există pierderi în circuitele transmițătorului și în circuitele de încărcare a bateriei.   Această din urmă parte este importantă de remarcat, deoarece chiar și un încărcător de baterii “plug-in” foarte bine proiectat este de obicei doar de aproximativ 90-95% eficient.

Utilizarea unui sistem wireless precum al nostru rezultă astfel într-o eficiență cu aproximativ 10% mai mică decât status quo-ul încărcării cu contact.

Care sunt constrângerile de distanță cu cât de aproape trebuie să fie unitatea robotică de sursa de putere? 

Aceasta depinde de mărimea antenelor utilizate.  Antena noastră de transmisie standard are un diametru de 20 cm și antena de receptor are un diametru de 10 cm. Cu aceste dimensiuni ale antenelor, permitem o distanță de 5 cm între antene și până la 5 cm de deplasare laterală de la o poziție concentrică (decidând 10 cm în total de deplasare laterală).

În contrast cu alte sisteme de alimentare wireless, și datorită tehnologiei noastre AIM, livrăm putere completă la baterie la orice punct din această rază.   Razele pot fi crescute prin creșterea diametrului antenelor.  Deoarece antenele noastre sunt relativ simple și foarte subțiri și ușoare, putem modifica și produce versiuni personalizate ale acestora relativ ieftin pentru clienții care preferă o dimensiune diferită.

Este posibil ca mai multe roboți să utilizeze aceeași stație de încărcare? 

Absolut!  Doar un robot poate încărca la o stație de încărcare wireless la un moment dat, dar întregi flote de roboți diversi pot împărtăși aceeași stație de încărcare (sau un set de stații de încărcare). Acest lucru este posibil deoarece, în contrast cu majoritatea încărcătoarelor cu contact, stația de transmisie nu trimite un nivel specific de tensiune și curent. În schimb, trimite putere wireless la o frecvență desemnată. Încărcătorul nostru de bord, instalat pe robot, convertește apoi energia wireless în tensiunea și curentul specific necesare de vehicul.

Susținem baterii de la 0 la 60 de volți și niveluri de curent de la 0 la 30 de amperi cu linia noastră de produse curentă.

Puteți discuta despre unele dintre software-urile de optimizare a puterii oferite în prezent? 

Hardware-ul nostru de alimentare wireless vine cu un GUI web-based care permite clienților să configureze sistemul pentru o gamă largă de parametri.  De exemplu, utilizatorii pot alege să încarce la nivelul “100% încărcat” pentru o anumită baterie. Dar dacă fac acest lucru de fiecare dată, nu vor obține atâtea cicluri de încărcare din baterie.   Dacă 100% încărcat nu este necesar, nivelul maxim de tensiune poate fi ajustat în jos pentru a prelungi durata de viață a bateriei.

În mod similar, dacă bateria este încărcată întotdeauna cu curentul maxim (amperi), durata de viață a bateriei va fi redusă. Utilizând GUI-ul și API-urile noastre, utilizatorii pot programa efectiv încărcarea, astfel încât să încarce cât mai repede posibil atunci când robotul are nevoie să se întoarcă în serviciu, sau mai lent atunci când știu că au mai mult timp (de exemplu, peste noapte).   Aceste caracteristici de configurabilitate și optimizare a bateriei sunt disponibile cu GUI-ul nostru standard și utilizând API-urile noastre.

De asemenea, oferim un produs software nou care permite utilizatorilor să cartografieze și să agregateze informații de încărcare de la întreaga flotă de transmițătoare și receptoare WiBotic.  Acest lucru permite roboților să știe când și unde sunt disponibile stații de încărcare pentru a-și maximiza timpul de funcționare.   De asemenea, permite raportarea detaliată a performanței de încărcare a bateriilor în timp, ajutând la identificarea problemelor de baterie și la optimizarea livrării de putere în întreaga flotă.  Aceste caracteristici devin deosebit de utile dacă utilizatorul final poate implementa scheme de încărcare oportuniste, în care roboții se încarcă de mai multe ori pe zi pentru perioade scurte de timp, în loc să iasă din serviciu pentru câteva ore la un moment dat pentru încărcare.

Oferta de putere wireless pentru Vehicule Subacvatice Autonome (AUV) pare a fi o provocare extrem de dificilă, puteți discuta despre aceasta? 

Da, există cu adevărat multe provocări cu aplicațiile subacvatice.   Din perspectiva transferului de putere, câțiva centimetri de apă sărată vor atenua transferul de putere cu aproximativ 50%, ceea ce va face ca încărcarea aceleiași baterii subacvatice să dureze mai mult decât în aer.

Raza antenelor este, de asemenea, mai restrictivă din același motiv, ceea ce înseamnă că AUV trebuie să aibă o navigare foarte bună pentru a găsi și a se conecta cu succes la stația de încărcare.  Acest lucru este de obicei facilitat de un dispozitiv de aliniere fizică care direcționează AUV către stația de încărcare și ajută la alinierea antenelor.

Beneficiul alimentării wireless subacvatice, totuși, este acela că antenele pot fi complet etanșate.  Sistemele WiBotic funcționează în prezent la stația de cercetare MARS a MBARI de pe coasta Monterey, CA, la o adâncime de aproape 3000 de picioare.  În acest caz, electronica de transmisie și receptare este plasată în sticle de presiune de 1 atm, dar electronica poate fi, de asemenea, proiectată pentru încăperi umplute cu ulei pentru a rezista la adâncimi și mai mari.

WiBotic continuă să lucreze cu DoD, universități, organizații non-profit și parteneri comerciali pentru a extinde utilizarea sistemelor noastre subacvatice, dar este cu adevărat un mediu dificil!

WiBotic a anunțat recent autorizarea echipamentului de la Comisia Federală de Comunicații (FCC) pentru transmițătoarele și receptoarele sale de putere ridicată. Aceste produse sunt primele sisteme – care funcționează la până la 300 de wați – care primesc aprobarea FCC pentru utilizare în roboți mobili, drone și alte dispozitive industriale.  De ce este important și ce înseamnă acest lucru pentru viitorul roboticii și dronelor?  

Pe măsură ce industria roboticii continuă să crească, producătorii de roboți și utilizatorii finali se confruntă cu un nivel tot mai mare de reglementare și cerințe de siguranță mai stricte.  Este important pentru clienții noștri să știe că produsele WiBotic, ca parte a soluțiilor lor robotice mai largi, vor îndeplini aceste cerințe de reglementare.   În esență, le permite producătorilor de roboți și drone să se concentreze pe caracteristici și funcționalități suplimentare pentru utilizatorii finali, în loc să se ocupe de întrebări de certificare.  Acest lucru le va permite să implementeze flote mai mari mai repede decât ar fi fost altfel posibil.

Există altceva pe care ați dori să-l împărtășiți despre WiBotic? 

Deoarece majoritatea oamenilor se gândesc la antenele și circuitele fizice atunci când se gândesc la alimentarea wireless, cantitatea imensă de muncă pe care am depus-o în software-ul și firmware-ul nostru este adesea trecută cu vederea. În multe feluri, este firmware-ul avansat pe care l-am dezvoltat care permite hardware-ului nostru să funcționeze la raze și niveluri de putere atât de utile.

Suntem în continuare în proces de adăugare a capacităților noastre de software pentru optimizarea puterii flotei pentru a permite o analiză și o evaluare și mai mare a utilizării puterii și durabilității bateriilor într-o gamă largă de aplicații robotice.

Mulțumim pentru acest interviu minunat, cititorii care doresc să afle mai multe despre WiBotic Inc. sau despre cum WiBotic a primit o aprobare FCC fără precedent pentru încărcarea wireless de putere ridicată a roboților și dronelor.