Matt Carlson, Phó Chủ Tịch Phát Triển Kinh Doanh tại WiBotic – Loạt Phỏng Vấn

Matt Carlson là Phó Chủ Tịch Phát Triển Kinh Doanh tại WiBotic Inc, một công ty cung cấp các giải pháp sạc không dây đáng tin cậy để sạc các hệ thống robot trên không, di động và dưới nước.

Tại sao các giải pháp sạc không dây lại quan trọng đối với tương lai của robot?  

Robot cần có khả năng tự động sạc pin cho hầu hết các ứng dụng.  Việc này không chỉ đơn giản là thuê một đội ngũ công nhân để quản lý việc sạc pin hoặc thay pin.  Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống sạc tự động hiện nay đều sử dụng các trạm sạc có tiếp xúc vật lý.

Điều này đòi hỏi phải có khả năng điều hướng chính xác vào trạm sạc, điều mà rất khó để lập trình và không phải lúc nào cũng đáng tin cậy.  Nếu không căn chỉnh đúng các tiếp xúc, có thể dẫn đến việc sạc không đúng và robot không hoạt động.  Các trạm sạc có tiếp xúc cũng sẽ bị hao mòn theo thời gian, hoặc các tiếp xúc có thể bị bẩn hoặc gỉ – điều này cũng dẫn đến việc sạc không nhất quán. Cuối cùng, các nhà sản xuất robot sử dụng nhiều loại tiếp xúc điện khác nhau, điều này khiến cho việc có một trạm sạc duy nhất có thể sạc bất kỳ robot nào là gần như không thể.

Các hệ thống không dây không có những vấn đề này.  Các hệ thống của WiBotic cung cấp vài centimet dung sai căn chỉnh, vì vậy không cần phải có một ngăn xếp điều hướng chính xác. Bởi vì các ăng ten có thể được niêm phong hoàn toàn với các yếu tố bên ngoài và không tiếp xúc vật lý với nhau, các hệ thống không dây cũng rất đáng tin cậy và có thể xử lý số lượng chu kỳ sạc không giới hạn.  Cuối cùng, khi việc sử dụng robot tăng lên, hầu hết các công ty sẽ sử dụng nhiều loại robot.  Thay vì phải có một bức tường hoặc một phòng dành riêng cho nhiều trạm sạc khác nhau, một trạm sạc không dây duy nhất có thể sạc lại bất kỳ robot nào được trang bị một ăng ten nhận đơn giản, giúp tiết kiệm tiền và không gian.

Ban đầu, WiBotic tập trung vào việc cấp nguồn cho các thiết bị y tế, lý do để chuyển hướng sang robot, máy bay không người lái và Phương tiện Underwater Tự động (AUV) là gì?

Hai người sáng lập của WiBotic, Ben Waters và Josh Smith, đã tập trung vào việc cấp nguồn không dây cho các thiết bị y tế trong thời gian nghiên cứu tại Đại học Washington.  Công nghệ của họ đã tăng cường phạm vi và độ tin cậy của việc cấp nguồn không dây, điều này rất quan trọng đối với thị trường y tế.  Tuy nhiên, khi Ben nhận được bằng tiến sĩ và thành lập WiBotic, công ty đã tập trung ngay vào robot như là thị trường chính.   Điều này dựa trên nhu cầu từ ngành công nghiệp robot.

Các nhà sản xuất và người dùng cuối của robot và máy bay không người lái đã nhận ra được lợi ích của công nghệ WiBotic về mức công suất và phạm vi so với các hệ thống không dây khác.  Họ cũng bắt đầu gặp khó khăn trong việc triển khai các trạm sạc có tiếp xúc cho các đội robot lớn và đang tìm kiếm các giải pháp đáng tin cậy hơn.

Đối với thị trường máy bay không người lái, việc sạc có tiếp xúc là không khả thi trong hầu hết các trường hợp vì máy bay không người lái hoạt động ngoài trời (chủ yếu) nơi nước trở thành một vấn đề với bất kỳ tiếp xúc điện nào.  Và, tất nhiên, các ứng dụng dưới nước cũng được hưởng lợi từ tính chất niêm phong hoàn toàn của việc cấp nguồn không dây.

Công nghệ truyền tải năng lượng nào đang được sử dụng? 

WiBotic sử dụng các yếu tố của cả cảm ứng điện và cộng hưởng từ để truyền tải năng lượng.  Hai phương pháp này tương đối đã được chứng minh tại nhiều mức công suất khác nhau. Điều làm cho WiBotic khác biệt là khả năng quản lý kết nối (kỹ thuật là trở kháng) giữa các ăng ten trong thời gian thực.   Chúng tôi gọi đây là Khớp nối Trở kháng Thích ứng.

Một trong những thách thức lớn nhất với việc cấp nguồn không dây, đặc biệt là đối với robot, là môi trường điện luôn thay đổi.  Nếu robot sạc ở một vị trí hơi khác, nếu điện tử bên trong của nó bật và tắt trong quá trình sạc, và khi pin sạc lên, trở kháng giữa phía truyền và nhận của hệ thống thay đổi.  Điều này có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và phạm vi.   Công nghệ AIM của chúng tôi liên tục theo dõi các thay đổi về trở kháng để chúng tôi có thể duy trì hiệu suất và mức công suất, ngay cả khi tất cả các yếu tố khác trong hệ thống đang thay đổi.

Có thể thảo luận về hiệu suất của các đơn vị, chẳng hạn như bao nhiêu năng lượng bị mất trong quá trình truyền tải năng lượng? 

Đối với các hệ thống 250-300 Watt của WiBotic, chúng tôi có mức hiệu suất từ đầu đến cuối là giữa 70% và 80%.  Điều này đại diện cho hiệu suất của toàn hệ thống từ đầu vào của bộ truyền đến đầu ra của pin.  Phần ăng ten đến ăng ten của phương trình đó là khoảng 95% hiệu suất, nhưng có tổn thất trong mạch truyền và cũng trong mạch sạc pin.   Điều cuối cùng này rất quan trọng để lưu ý vì ngay cả một bộ sạc pin “cắm vào” được thiết kế tốt cũng chỉ khoảng 90-95% hiệu suất.

Sử dụng một hệ thống không dây như của chúng tôi do đó dẫn đến hiệu suất thấp hơn khoảng 10% so với tình trạng hiện tại của việc sạc có tiếp xúc.

Những hạn chế về khoảng cách là gì khi robot đơn vị cần ở gần nguồn năng lượng? 

Điều này phụ thuộc vào kích thước của các ăng ten được sử dụng.  Ống kính truyền của chúng tôi có đường kính 20cm và ăng ten nhận có đường kính 10cm. Với kích thước ăng ten như vậy, chúng tôi cho phép 5cm khoảng cách không khí giữa các ăng ten và lên đến 5cm lệch tâm từ vị trí đồng trục (tổng cộng 10cm lệch tâm).

Không giống như các hệ thống cấp nguồn không dây khác, và do công nghệ AIM của chúng tôi, chúng tôi cung cấp năng lượng đầy đủ cho pin tại bất kỳ điểm nào trong phạm vi đó.   Phạm vi có thể được tăng bằng cách tăng đường kính của các ăng ten.  Bởi vì các ăng ten của chúng tôi tương đối đơn giản và cũng rất mỏng và nhẹ, chúng tôi có thể sửa đổi và sản xuất các phiên bản tùy chỉnh của chúng tương đối rẻ tiền cho khách hàng muốn kích thước khác.

Có thể có nhiều robot sử dụng cùng một trạm sạc không? 

Tuyệt đối!  Chỉ một robot có thể sạc tại một trạm sạc không dây tại một thời điểm, nhưng toàn bộ đội robot đa dạng có thể chia sẻ cùng một trạm sạc (hoặc một tập hợp các trạm sạc). Điều này có thể vì, không giống như hầu hết các trạm sạc có tiếp xúc, trạm truyền không gửi một mức điện áp và dòng điện cụ thể. Thay vào đó, nó gửi năng lượng không dây ở một tần số nhất định. Bộ sạc trên tàu của chúng tôi, được cài đặt trên robot, sau đó chuyển đổi năng lượng không dây thành điện áp và dòng điện cụ thể mà phương tiện cần.

Chúng tôi hỗ trợ pin từ 0-60V và mức dòng từ 0-30A với dòng sản phẩm hiện tại của chúng tôi.

Có thể thảo luận về một số phần mềm tối ưu hóa năng lượng đang được cung cấp? 

Các phần cứng cấp nguồn không dây của chúng tôi được xuất xưởng với một giao diện người dùng dựa trên web cho phép khách hàng cấu hình hệ thống cho nhiều tham số khác nhau.  Ví dụ, người dùng có thể chọn sạc đến mức “100% sạc” điển hình cho một pin cụ thể. Nhưng nếu họ làm điều này mọi lúc, họ có thể không nhận được nhiều chu kỳ sạc từ pin.   Vì vậy, nếu không cần sạc 100%, mức điện áp tối đa có thể được điều chỉnh xuống để kéo dài tuổi thọ của pin.

Tương tự, nếu pin luôn được sạc với dòng điện tối đa (ampe), tuổi thọ của nó sẽ bị giảm. Sử dụng giao diện người dùng và API của chúng tôi, người dùng thực sự có thể lên lịch sạc một cách chủ động để họ có thể sạc càng nhanh càng tốt khi robot cần quay lại dịch vụ, hoặc chậm hơn khi họ biết mình có nhiều thời gian (ví dụ: qua đêm).   Các tính năng cấu hình và tối ưu hóa pin này có sẵn với giao diện người dùng tiêu chuẩn và bằng cách sử dụng API của chúng tôi.

Chúng tôi cũng cung cấp một sản phẩm phần mềm mới cho phép người dùng lập bản đồ và sau đó tổng hợp thông tin sạc từ toàn bộ đội các trạm truyền và nhận của WiBotic.  Điều này cho phép robot biết khi và nơi các trạm sạc có sẵn để giúp chúng tối đa hóa thời gian hoạt động.   Điều này cũng cho phép báo cáo chi tiết về hiệu suất sạc của pin theo thời gian, giúp xác định các vấn đề về pin và tối ưu hóa việc cung cấp năng lượng trên toàn bộ đội.  Các tính năng này trở nên đặc biệt hữu ích nếu người dùng cuối có thể triển khai các sơ đồ sạc cơ hội, nơi robot sạc nhiều lần trong ngày trong thời gian ngắn, thay vì rời khỏi dịch vụ trong vài giờ tại một thời điểm để sạc.

Cung cấp năng lượng không dây cho các Phương tiện Underwater Tự động (AUV) dường như sẽ rất thách thức, có thể thảo luận về điều này? 

Có, chắc chắn có nhiều thách thức với các ứng dụng dưới nước.   Từ góc độ truyền tải năng lượng, vài centimet nước biển sẽ làm giảm truyền tải năng lượng khoảng 50%, vì vậy sẽ mất nhiều thời gian hơn để sạc cùng một pin so với trên không.

Phạm vi ăng ten cũng bị hạn chế hơn do lý do này, điều này có nghĩa là UAV phải có khả năng điều hướng rất tốt để tìm và dock thành công vào trạm sạc.  Điều này thường được hỗ trợ bởi một số thiết bị căn chỉnh vật lý giúp hướng UAV vào trạm sạc và giúp căn chỉnh các ăng ten.

Lợi ích của việc cấp nguồn không dây dưới nước là các ăng ten có thể được niêm phong hoàn toàn.  Các hệ thống của WiBotic hiện đang hoạt động tại trạm nghiên cứu MARS của MBARI ngoài khơi bờ biển Monterey, CA ở độ sâu gần 3000 feet.  Trong trường hợp đó, các thiết bị điện tử truyền và nhận được đặt trong các chai áp suất 1 atm, nhưng các thiết bị điện tử cũng có thể được thiết kế cho các hộp dầu để chịu được độ sâu thậm chí còn lớn hơn.

WiBotic tiếp tục làm việc với Bộ Quốc phòng, các trường đại học, các tổ chức phi lợi nhuận và các đối tác thương mại để mở rộng việc sử dụng các hệ thống của mình dưới nước, nhưng đó chắc chắn là một môi trường đầy thách thức!

WiBotic gần đây đã được ủy quyền thiết bị từ Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) cho các bộ truyền và nhận công suất cao. Những sản phẩm này là những hệ thống đầu tiên – hoạt động ở mức lên đến 300 Watt – được FCC phê duyệt để sử dụng trong các robot di động, máy bay không người lái và các thiết bị công nghiệp khác.  Tại sao điều này lại quan trọng và nó có ý nghĩa gì đối với tương lai của robot và máy bay không người lái?  

Khi ngành công nghiệp robot tiếp tục phát triển, các nhà sản xuất và người dùng cuối của robot đang phải đối mặt với mức độ ngày càng tăng của quy định và yêu cầu an toàn nghiêm ngặt hơn.  Điều quan trọng là khách hàng của chúng tôi phải biết rằng các sản phẩm của WiBotic, như một thành phần trong các giải pháp robot lớn hơn, sẽ đáp ứng các yêu cầu quy định đó.   Tóm lại, nó cho phép các nhà sản xuất robot và máy bay không người lái tập trung vào các tính năng và chức năng bổ sung cho người dùng cuối thay vì phải đối mặt với các câu hỏi về chứng nhận.  Điều này sẽ cho phép họ triển khai các đội robot lớn hơn nhanh hơn so với những gì có thể xảy ra nếu không.

Có điều gì khác mà bạn muốn chia sẻ về Wibotic? 

Bởi vì hầu hết mọi người nghĩ về các ăng ten và mạch điện khi nghĩ về năng lượng không dây, lượng công việc khổng lồ mà chúng tôi đã đầu tư vào phần mềm và firmware của mình thường bị bỏ qua. Trong nhiều cách, chính firmware tiên tiến mà chúng tôi đã phát triển cho phép phần cứng của chúng tôi hoạt động ở những phạm vi và mức công suất hữu ích.

Chúng tôi cũng tiếp tục bổ sung các khả năng tối ưu hóa năng lượng của đội để cho phép phân tích và đánh giá hiệu suất sử dụng năng lượng và độ bền của pin trên nhiều ứng dụng robot. 

Cảm ơn vì cuộc phỏng vấn tuyệt vời, độc giả muốn tìm hiểu thêm có thể truy cập WiBotic Inc, hoặc đọc về cách WiBotic nhận được sự phê duyệt của FCC đầu tiên trong ngành về sạc không dây công suất cao cho robot và máy bay không người lái.