Matt Carlson, VP för affärsutveckling på WiBotic – Intervjuserie

Matt Carlson är vice VD för affärsutveckling på WiBotic Inc, ett företag som tillhandahåller tillförlitliga trådlösa laddningslösningar för att ladda luftburet, mobilt och akvatiskt robot-system.

Varför är trådlösa laddningslösningar så viktiga för framtidens robotik?  

Robotar behöver förmågan att ladda autonomt för de flesta tillämpningar.  Det är helt enkelt inte kostnadseffektivt att anställa en personal som hanterar batteriladdning eller batteribyten.  Men de flesta autonoma laddningar idag görs med hjälp av dockningsstationer som kräver fysisk kontakt med elektriska kontakter.

Detta kräver mycket exakt navigering till laddningsdoken, vilket är svårt att programmera och inte alltid tillförlitligt.  Om roboten inte lyckas ansluta kontakterna korrekt kan det leda till en missad laddningscykel och robotnedtid.  Kontaktsbaserade stationer kommer också att slitas ut över tid, eller kontakterna kan bli smutsiga eller korroderade, vilket leder till inkonsekvent laddning. Dessutom använder robot-OEM:er ett brett utbud av elektriska kontaktyper, vilket gör det nästan omöjligt att ha en enda laddningsstation som kan ladda vilken robot som helst.

Trådlösa system har inga av dessa problem. WiBotic-system erbjuder flera centimeter av justeringsmarginal, så det är inte nödvändigt att ha en extremt exakt navigeringsstack. Eftersom antennerna kan förseglas mot elementen och inte har fysisk kontakt med varandra är trådlösa system också mycket tillförlitliga och kan hantera ett obegränsat antal laddningscykler.  Dessutom, när robotanvändningen ökar, kommer de flesta företag att använda mer än en typ av robot.  Istället för att ha en vägg eller ett rum dedikerat till många olika laddningsdok, kan en enda trådlös laddningsstation ladda vilken robot som helst som är utrustad med en enkel mottagarantenn, vilket sparar pengar och utrymme.

Wibotics initiala fokus var på att driva medicinska enheter, vad var anledningen till att byta fokus mot robotar, drönare och autonoma undervattensfarkoster (AUV)?

WiBotics två grundare, Ben Waters och Josh Smith, fokuserade verkligen på trådlös kraft för medicinska enheter under större delen av sin forskning vid University of Washington.  Deras teknik ökade räckvidden och tillförlitligheten för trådlös kraft, vilket var kritiskt för den medicinska marknaden.  Men när Ben fick sin doktorsexamen och grundade WiBotic, fokuserade företaget omedelbart på robotik som sin primära marknad.   Detta baserades på efterfrågan från robotindustrin.

Robot- och drönar-OEM:er och slutanvändare erkände fördelarna med WiBotic-teknik när det gäller effektnivå och räckvidd jämfört med andra trådlösa system.  De började också att kämpa med att distribuera kontaktsbaserade laddare för stora flottor av robotar och letade efter mer tillförlitliga lösningar.

För drönarmarknaden är kontaktsbaserad laddning i de flesta fall inte möjlig eftersom drönare oftast opererar utomhus (främst) där vatten blir ett problem med alla fysiska elektriska kontakter.  Och, naturligtvis, undervattensapplikationer dra också nytta av den fullständigt förseglade naturen hos trådlös kraft.

Vilka är de kraftöverföringstekniker som används? 

WiBotic använder element av både elektrisk induktion och magnetisk resonans för kraftöverföring.  Dessa två metoder är relativt väl beprövade vid en mängd olika effektnivåer. Vad som särskiljer WiBotic är vår förmåga att hantera anslutningen (tekniskt sett impedansen) mellan antennerna i realtid.   Vi kallar detta Adaptiv Impedansmatchning.

En av de största utmaningarna med trådlös kraft, särskilt för robotik, är att den elektriska miljön är konstant föränderlig.  Om roboten dockar i en något annorlunda position, om dess interna elektronik slås på och av under laddning, och när batteriet själv laddas upp, ändras impedansen mellan sänd- och mottagarsidan av systemet.  Detta kan dramatiskt påverka effektivitet och räckvidd.   Vår AIM-teknik övervakar konstant förändringar i impedans så att vi kan upprätthålla effektivitet och effektnivåer, även när alla dessa andra element i systemet förändras.

Kan du diskutera effektiviteten hos enheterna, såsom hur mycket kraft som förloras under kraftöverföring? 

För WiBotic’s 250-300 Watt-system har vi en slut-till-slut-effektivitetsnivå på mellan 70% och 80%.  Detta representerar den fullständiga systemeffektiviteten från ingången till vår sändare hela vägen till utgången till batteriet.  Den faktiska antenn-till-antenn-delen av den ekvationen är cirka 95% effektiv, men det finns förluster i sändarcirkuiterna och även i batteriladdningscirkuiterna.   Det sistnämnda är viktigt att notera eftersom även en mycket väl utformad “plug-in”-batteriladdare vanligtvis bara är runt 90-95% effektiv.

Användning av ett trådlöst system som vårt resulterar därför i cirka 10% mindre effektivitet än status quo med kontaktsbaserad laddning.

Vilka är avståndsrestriktionerna för hur nära den robotiska enheten måste vara i förhållande till kraftkällan? 

Detta beror på storleken på antennerna som används.  Vår standard sändarantenn är 20 cm i diameter och mottagarantennen är 10 cm i diameter. Med dessa antennstorlekar tillåter vi 5 cm luftgap mellan antennerna och upp till 5 cm sidleds förskjutning från en koncentrisk position (så 10 cm totalt sidleds räckvidd).

Till skillnad från andra trådlösa kraftsystem och tack vare vår AIM-teknik, levererar vi full effekt till batteriet vid varje punkt inom det här området.   Räckvidden kan ökas genom att öka diametern på antennerna.  Eftersom våra antennerna är relativt enkla PCB:er (som också är mycket tunna och lätta) kan vi modifiera och producera anpassade versioner av dem relativt billigt för kunder som föredrar en annan storlek.

Kan flera robotar använda samma laddningsstation? 

Absolut!  Bara en robot kan ladda vid en trådlös laddningsstation åt gången, men hela flottor av olika robotar kan alla dela samma laddningsstation (eller uppsättning laddningsstationer). Detta är möjligt eftersom, till skillnad från de flesta kontaktsbaserade laddare, sändarstationen inte skickar ut en specifik spänning och ström. Istället skickar den trådlös kraft vid en angiven frekvens. Vår Onboard Charger, installerad på roboten, omvandlar sedan den trådlösa energin till den specifika spänning och ström som behövs av fordonet.

Vi stöder batterier från 0-60V och ström på 0-30A med vår nuvarande produktlinje.

Kan du diskutera några av de kraftoptimeringsprogram som för närvarande erbjuds? 

Vår trådlös kraftmaskinvara levereras med ett webbaserat gränssnitt som tillåter kunder att konfigurera systemet för en mängd olika parametrar.  Till exempel kan användare välja att ladda till den typiska “100% laddningsnivån” för ett visst batteri. Men om de gör detta varje gång kan de inte få lika många laddningscykler ut av batteriet.   Om 100% laddning inte behövs kan den maximala spänningen justeras nedåt för att förlänga batteriets livslängd.

Likaså, om batteriet alltid laddas med den maximala strömmen (ampere) kommer dess livslängd att minska. Med hjälp av vårt gränssnitt och API:er kan användare faktiskt proaktivt schemalägga laddning så att de laddar så snabbt som möjligt när roboten behöver återgå till tjänst, eller långsammare när de vet att de har mer tid (till exempel över natten).   Dessa konfigurerbarhets- och batterioptimeringsfunktioner är tillgängliga med vårt standardgränssnitt och med hjälp av våra API:er.

Vi erbjuder också en ny programvara som tillåter användare att kartlägga och sedan sammanföra laddningsinformation från hela WiBotic-sändare och mottagare.  Detta tillåter robotar att veta när och var laddningsstationer är tillgängliga för att maximera drifttid.   Det tillåter också detaljerad rapportering om laddningsprestanda för batterier över tid, vilket hjälper till att identifiera batteriproblem och optimera kraftleverans över hela flottan.  Dessa funktioner blir särskilt användbara om slutanvändaren kan implementera möjligheter till laddning, där robotar laddar många gånger om dagen under kortare perioder, snarare än att lämna tjänst i flera timmar åt gången för laddning.

Att erbjuda trådlös kraft till autonoma undervattensfarkoster (AUV) verkar som om det skulle vara extremt utmanande, kan du diskutera detta? 

Ja, det finns definitivt många utmaningar med undervattensapplikationer.   Från ett kraftöverföringsperspektiv kommer ett par centimeter saltvatten att dämpa kraftöverföringen med cirka 50%, så det kommer att ta längre tid att ladda samma storlek batterier under vatten än i luften.

Antennräckvidden är också mer begränsad av samma anledning, vilket innebär att UAV:en måste ha mycket bra navigering för att lyckas hitta och docka vid laddningsstationen.  Detta underlättas vanligtvis av någon form av fysisk justeringsanordning som dirigerar UAV:en in i laddningsstationen och hjälper till att justera antennerna.

Fördelen med trådlös kraft under vatten är att antennerna kan förseglas helt.  WiBotic-system är för närvarande i drift vid MBARI MARS-forskningsstationen utanför kusten i Monterey, CA, på ett djup av nästan 3000 fot.  I det fallet är sändar- och mottagarelektronikerna placerade i 1 atm-tryckflaskor, men elektronik kan också utformas för oljefyllda kapslingar för att motstå ännu större djup.

WiBotic fortsätter att arbeta med DoD, olika universitet, ideella organisationer och kommersiella partners för att utöka användningen av våra system under vatten, men det är definitivt en utmanande miljö!

WiBotic har nyligen meddelat utrustningsgodkännande från Federal Communications Commission (FCC) för dess högeffektsändare och mottagare. Dessa produkter är de första systemen – som opererar upp till 300 Watt – som har fått FCC-godkännande för användning i mobila robotar, drönare och andra industriella enheter.  Varför är detta viktigt och vad innebär det för framtidens robotik och drönare?  

Så länge robotindustrin fortsätter att växa, står OEM:er och robot-slutanvändare inför en ökande nivå av reglering och strängare säkerhetskrav.  Det är viktigt för våra kunder att veta att WiBotic-produkter, som en komponent i deras större robotlösningar, kommer att uppfylla dessa regleringskrav.   Det låter robot- och drönartillverkare fokusera på ytterligare funktioner och funktionalitet för slutanvändare snarare än att hantera certifieringsfrågor.  Detta kommer att låta dem distribuera större flottor snabbare än vad som annars vore möjligt.

Finns det något annat du vill dela om Wibotic? 

Eftersom de flesta människor tänker på de fysiska antennerna och kretskorten när de tänker på trådlös kraft, är den enorma mängd arbete vi har lagt ner på vår programvara och firmware ofta förbisett. I många avseenden är det den avancerade firmware vi har utvecklat som låter vår maskinvara fungera på så användbara räckvidder och effektnivåer.

Vi fortsätter att lägga till vår flottkraftsoptimeringsprogramvara för att tillåta ännu större analys och benchmarking av användningen av kraft och hållbarhet hos batterier över ett brett utbud av robotapplikationer. 

Tack för den underbara intervjun, läsare som vill lära sig mer kan besöka WiBotic Inc, eller läsa om hur WiBotic fick ett branschledande FCC-godkännande för högeffektsladdning av robotar och drönare.