Мэтт Карлсон, Вице-президент по развитию бизнеса в WiBotic – Интервью

Мэтт Карлсон является Вице-президентом по развитию бизнеса в WiBotic Inc, компании, которая предоставляет надежные беспроводные решения для зарядки воздушных, мобильных и водных роботизированных систем.

Почему беспроводные решения для зарядки так важны для будущего робототехники?  

Роботам необходимо иметь возможность автономной зарядки для большинства применений.  Это просто неэффективно нанимать штат работников для управления зарядкой батарей или заменой батарей.  Однако большинство автономных зарядок сегодня осуществляется с помощью док-станций, которые требуют физического соединения электрических контактов.

Это требует очень точной навигации в док-станцию, что трудно запрограммировать и не всегда надежно.  Неудача в правильном выравнивании контактов может означать пропущенный цикл зарядки и простой робота.  Станции на основе контактов также изнашиваются со временем, или контакты могут trởиться грязными или корродированными – снова приводя к неравномерной зарядке. Наконец, производители робототехники используют широкий спектр типов электрических контактов, что делает практически невозможным наличие единой зарядной станции, которая может заряжать любой робот.

Беспроводные системы не имеют этих проблем.  Системы WiBotic предлагают несколько сантиметров допуска по выравниванию, поэтому не необходимо иметь очень точный навигационный стек. Поскольку антенны могут быть полностью запечатаны от внешней среды и не вступают в физический контакт друг с другом, беспроводные системы также очень надежны и могут справиться с неограниченным количеством циклов зарядки.  Наконец, поскольку использование роботов растет, большинство компаний будут использовать более одного типа робота.  Вместо того, чтобы иметь стену или комнату, посвященную многим разным зарядным док-станциям, одна беспроводная зарядная станция может перезарядить любой робот, который оснащен простой приемной антенной, экономя деньги и пространство.

Первоначально WiBotic фокусировалась на питании медицинских устройств, какова была причина перехода на роботов, беспилотники и автономные подводные аппараты (АУА)?

Два основателя WiBotic, Бен Уотерс и Джош Смит, действительно фокусировались на беспроводном питании для медицинских устройств во время большей части своей исследовательской работы в Университете Вашингтона.  Их технология увеличила диапазон и надежность беспроводного питания, которые были обоими критическими для медицинского рынка.  Однако, когда Бен получил степень PhD и основал WiBotic, компания сразу же фокусировалась на робототехнике как на основном рынке.   Это было основано на спросе со стороны робототехнической промышленности.

Производители и пользователи роботов и беспилотников признали преимущества технологии WiBotic в плане уровня мощности и диапазона по сравнению с другими беспроводными системами.  Они также начали сталкиваться с трудностями при развертывании контактных зарядных станций для больших флотов роботов и искали более надежные решения.

Для рынка беспилотников контактная зарядка является неработающей в большинстве случаев, поскольку беспилотники работают на открытом воздухе (в основном), где вода становится проблемой с любыми физическими электрическими контактами.  И, конечно, подводные применения также выигрывают от полностью запечатанной природы беспроводного питания.

Какие технологии передачи мощности используются? 

WiBotic использует элементы как электрической индукции, так и магнитной резонансной передачи мощности.  Эти два метода относительно хорошо известны на широком диапазоне уровней мощности. Что отличает WiBotic, так это наша способность управлять соединением (технически импедансом) между антеннами в реальном времени.   Мы называем это Адаптивным Сопротивлением.

Одной из самых больших проблем с беспроводным питанием, особенно для робототехники, является то, что электрическая среда постоянно меняется.  Если робот причаливает в немного другом положении, если его внутренние электронные компоненты включаются и выключаются во время зарядки, и по мере того, как батарея сама заряжается, импеданс между передающей и приемной сторонами системы меняется.  Это может существенно повлиять на эффективность и диапазон.   Наша технология AIM постоянно отслеживает изменения импеданса, чтобы мы могли поддерживать эффективность и уровень мощности, даже когда все эти другие элементы в системе меняются.

Можете ли вы обсудить эффективность блоков, например, сколько мощности теряется во время передачи? 

Для систем WiBotic мощностью 250-300 Вт мы имеем конечную эффективность на уровне между 70% и 80%.  Это представляет собой полную системную эффективность от входа в передатчик до выхода в батарею.  Фактическая антенна-антенна этой части уравнения составляет около 95% эффективности, но есть потери в схемотехнике передатчика и также в схемотехнике зарядки батареи.   Последнее важно отметить, поскольку даже очень хорошо спроектированный “вставной” зарядный устройство обычно имеет эффективность около 90-95%.

Использование беспроводной системы, такой как наша, приводит к примерно 10% меньшей эффективности по сравнению с существующим состоянием контактной зарядки.

Каковы ограничения расстояния для того, как близко роботизированная единица должна находиться к источнику питания? 

Это зависит от размера антенн, используемых.  Наша стандартная передающая антенна имеет диаметр 20 см, а приемная антенна – 10 см. С этими размерами антенн мы разрешаем 5 см воздушного зазора между антеннами и до 5 см бокового смещения от концентрического положения (таким образом, 10 см общего бокового диапазона).

В отличие от других беспроводных систем питания, и благодаря нашей технологии AIM, мы обеспечиваем полную мощность батарее на любой точке в этом диапазоне.   Диапазоны можно увеличить, увеличивая диаметр антенн.  Поскольку наши антенны относительно просты и также очень тонкие и легкие, мы можем изменить и произвести их относительно недорого для клиентов, которые предпочитают другой размер.

Могут ли несколько роботов использовать одну и ту же зарядную станцию? 

Абсолютно!  Только один робот может заряжаться на беспроводной зарядной станции одновременно, но целые флоты разнообразных роботов могут все делить одну и ту же зарядную станцию (или набор зарядных станций). Это возможно, потому что, в отличие от большинства контактных зарядных устройств, передающая станция не отправляет конкретный уровень напряжения и тока. Вместо этого она отправляет беспроводную мощность на определенную частоту. Наша бортовая зарядка, установленная на роботе, затем преобразует эту беспроводную энергию в конкретное напряжение и ток, необходимые для этого транспортного средства.

Мы поддерживаем батареи от 0 до 60 В и уровни тока от 0 до 30 А с нашей текущей линией продуктов.

Можете ли вы обсудить некоторые программные решения для оптимизации мощности, которые в настоящее время предлагаются? 

Наше беспроводное оборудование питания поставляется с веб-интерфейсом, который позволяет клиентам настроить систему для широкого спектра параметров.  Например, пользователи могут выбрать зарядку до типичного “100% заряда” для конкретной батареи. Но если они делают это каждый раз, они могут не получить столько циклов зарядки из батареи.   Если 100% заряда не нужно, максимальный уровень напряжения можно отрегулировать вниз, чтобы продлить срок службы батареи.

Аналогично, если батарея всегда заряжается с максимальным током (амперами), ее срок службы будет сокращен.  Используя наш веб-интерфейс и API, пользователи могут фактически запланировать зарядку, чтобы заряжать как можно быстрее, когда роботу необходимо вернуться в службу, или более медленно, когда они знают, что у них есть больше времени (например, ночью).   Эти функции настройки и оптимизации батареи доступны с нашим стандартным веб-интерфейсом и с помощью наших API.

Мы также предлагаем новое программное решение, которое позволяет пользователям отображать и затем агрегировать информацию о зарядке из всего флота передатчиков и приемников WiBotic.  Это позволяет роботам знать, когда и где зарядные станции доступны, чтобы максимизировать время их работы.   Это также позволяет подробно отчитываться о производительности зарядки батарей во времени, помогая выявить проблемы с батареями и оптимизировать подачу мощности во всем флоте.  Эти функции становятся особенно полезными, если пользователь может реализовать схемы зарядки по возможности, когда роботы заряжаются много раз в день в течение более короткого времени, а не покидают службу на несколько часов для зарядки.

Предоставление беспроводной мощности автономным подводным аппаратам (АУА) кажется очень сложной задачей, можете ли вы обсудить это? 

Да, есть определенные проблемы с подводными применениями.   С точки зрения передачи мощности несколько сантиметров морской воды уменьшают передачу мощности примерно на 50%, поэтому зарядка одной и той же батареи под водой займет больше времени, чем в воздухе.

Диапазон антенн также более ограничен по той же причине, что означает, что АУА должен иметь очень хорошую навигацию, чтобы успешно найти и причалить к зарядной станции.  Это обычно облегчается некоторым физическим устройством выравнивания, которое направляет АУА в зарядную станцию и помогает выровнять антенны.

Преимущество беспроводной мощности под водой заключается в том, что антенны могут быть полностью запечатаны.  Системы WiBotic в настоящее время работают на исследовательской станции МБАРИ МАРС у побережья Монтерея, Калифорния, на глубине почти 3000 футов.  В этом случае передающая и приемная электроника находятся в бутылках под давлением 1 атм, но электроника также может быть спроектирована для маслонаполненных корпусов, чтобы выдерживать еще большую глубину.

WiBotic продолжает работать с Министерством обороны, различными университетами, некоммерческими организациями и коммерческими партнерами, чтобы расширить использование наших систем под водой, но это действительно сложная среда!

WiBotic недавно объявила об оборудовании от Федеральной комиссии по связи (FCC) для своих передатчиков и приемников высокого питания. Эти продукты являются первыми системами – работающими на уровне до 300 Вт – которые получили одобрение FCC для использования в мобильных роботах, беспилотниках и других промышленных устройствах.  Почему это важно и что это означает для будущего робототехники и беспилотников?  

По мере того, как промышленность робототехники продолжает расти, производители и пользователи роботов сталкиваются с все большим количеством регулирования и более строгими требованиями безопасности.  Это важно для наших клиентов знать, что продукты WiBotic, как компонент более крупных роботизированных решений, будут соответствовать этим нормативным требованиям.   Коротко говоря, это позволяет производителям роботов и беспилотников сосредоточиться на дополнительных функциях и возможностях для пользователей, а не заниматься вопросами сертификации.  Это позволит им развертывать более крупные флоты быстрее, чем было бы возможно в противном случае.

Есть ли что-то еще, что вы хотели бы поделиться о WiBotic? 

Поскольку большинство людей думают о физических антеннах и схемотехнике, когда они думают о беспроводном питании, огромный объем работы, который мы вложили в наше программное обеспечение и прошивку, часто остается незамеченным. Во многих отношениях именно наше продвинутое программное обеспечение позволяет нашему оборудованию работать на таких полезных диапазонах и уровнях мощности.

Мы также продолжаем добавлять к нашим возможностям программного обеспечения для оптимизации флота, чтобы позволить еще большему анализу и бенчмаркингу использования мощности и долговечности батарей в широком диапазоне роботизированных применений.

Спасибо за отличное интервью, читателям, которые хотят узнать больше, следует посетить WiBotic Inc, или прочитать о том, как WiBotic получила первое в отрасли одобрение FCC для беспроводной зарядки роботов и беспилотников высокого питания.