Los drones siguen avanzando hacia las soluciones de carga inalámbrica

Hay grandes empresas con grandes planes para ofrecer servicios basados ​​en flotas de drones, y todas están ansiosas por superar un importante desafío operativo:el tiempo de vuelo de los drones comerciales está limitado por la capacidad limitada de la batería. Una forma de abordar el problema es con soluciones de recarga más eficientes y flexibles. Y eso explica el gran interés en WiBotic, que diseña y fabrica soluciones para cargar baterías de drones y robots. La startup de 4 años ha obtenido $ 5.7 millones en fondos de la Serie A.

Los inversores incluyen Junson Capital, SV Tech Ventures, Rolling Bay Ventures, Aves Capital, The W Fund y WRF Capital, entre otros.

WiBotic ofrece soluciones de optimización de energía y carga inalámbrica para el mercado de robots aéreos, móviles, marinos e industriales. Su tecnología Adaptive Matching ofrece un nuevo método para la transferencia de energía inductiva que, según la compañía, proporciona los niveles de energía necesarios para drones y otros dispositivos voladores.

Estas soluciones de optimización proporcionan un seguimiento detallado de los parámetros de carga de la batería a través de bibliotecas de software. En combinación con la implementación estratégica de hardware de carga inalámbrica, estas características de software están diseñadas para optimizar el tiempo de actividad de los drones.

Las soluciones de carga inalámbrica WiBotic también manejan la programación de recargas; están diseñados para despejar el camino para que varios robots se carguen desde el mismo transmisor en diferentes momentos.

Transferencia de energía inalámbrica (WPT)

El uso de campos electromagnéticos como fuente de electricidad se remonta a finales del siglo XIX cuando Nikola Tesla demostró por primera vez la transmisión de electricidad sin cables. La metodología inalámbrica es bien conocida, pero el diseño de transmisores, su ubicación, maximización de la eficiencia y la necesidad de un comportamiento validado de todo el sistema representan un desafío complejo que requiere habilidades específicas y el uso de herramientas avanzadas como la simulación numérica. Los métodos utilizados por los sistemas WPT más comunes son el acoplamiento inductivo o la resonancia magnética, cada uno de los cuales tiene fortalezas y debilidades.

El más común de los métodos es el inductivo, como se suele encontrar en los dispositivos de consumo. Desafortunadamente, solo son eficientes cuando las antenas están muy juntas. Los robots y drones no pueden posicionarse con la suficiente precisión para asegurarse de que los sistemas inductivos proporcionen una carga confiable.

La tecnología de resonancia magnética es la última tecnología que ofrece mucha más flexibilidad en el posicionamiento. Sin embargo, los sistemas de resonancia típicos tienen un área especial donde se puede aprovechar la máxima eficiencia. Sin embargo, si el robot se detiene brevemente o está descentrado, la eficiencia se reduce y los tiempos de carga aumentan.

La tecnología WiBotic se basa en los puntos fuertes de los sistemas inductivos y resonantes, ya que incorpora lo mejor de ambos. “Nuestro sistema patentado Adaptive Matching monitorea constantemente la posición relativa de la antena y ajusta dinámicamente los parámetros de hardware y firmware para mantener la máxima eficiencia, brindando una carga confiable, a altos niveles de potencia y en varios centímetros de desplazamiento vertical, horizontal y angular”, dijo Ben Waters, CEO de WiBotic.

Figura 1:Eficiencia de varias tecnologías. Haga clic en la imagen para ampliarla. (Fuente:Wibotic)

Algoritmo de software

Saber cuándo recargar el dron cuando la batería está baja es una característica importante para evaluar el tiempo de inactividad. Los diferentes robots tendrán diferentes tipos de química, voltaje y corriente de la batería. El software de optimización de energía de WiBotic puede evaluar los robots que ingresan por un cargo y determinar la mejor manera de cargarlos.

El firmware de Wibotic permite a los operadores de robots monitorear y establecer los parámetros de carga deseados. El cerebro a bordo permite que el dron acceda directamente al cargador a bordo para realizar las mismas funciones. La arquitectura de la red de carga inalámbrica estructurada permite que los robots se mantengan cargados, minimizando el tiempo de inactividad y reduciendo el costo general de las flotas de robots.

“Gran parte de nuestra innovación para la robótica proviene de la salida del amplificador de RF en el transmisor, y luego en el lado del receptor, la entrada al rectificador, ahí es donde podemos sintonizar dinámicamente la impedancia de nuestros sistemas para asegurarnos de que estamos maximizando nuestra transferencia de energía manteniendo la fuente y las impedancias de carga en ambos lados del transformador de núcleo de aire emparejadas. Estamos ajustando dinámicamente y detectando cosas muy rápidamente en tiempo real para acomodar movimientos o interrupciones o cambios a medida que ocurren en el sistema ", dijo Waters.

Arquitectura del sistema Wibotic

La estación de carga inalámbrica para drones es una plataforma cuadrada (3 pies por 3 pies para la plataforma estándar) que consta de una placa de inducción "inteligente" que, durante el aterrizaje del dron, determina el tipo de baterías suministradas a la aeronave, estableciendo así los parámetros de carga correctos.

Todos los sistemas de carga inalámbrica WiBotic constan de cuatro componentes de hardware principales:unidad transmisora, bobina de antena transmisora, unidad de carga a bordo, bobina de antena receptora.

Figura 2:diagrama de bloques de la arquitectura Wibotic. Haga clic en la imagen para ampliarla. (Fuente:Wibotic)

La unidad de transmisión genera una señal de potencia inalámbrica de alta frecuencia a través de la fuente de CA. La señal viaja a través de un cable coaxial SMA a la bobina de la antena transmisora, donde genera tanto campos eléctricos como magnéticos. La bobina se puede montar en cualquier orientación según la pista del dron.

La unidad transmisora ​​reconoce cualquier robot entrante equipado con una unidad de carga a bordo y una bobina de antena receptora y se activa automáticamente para proporcionar la cantidad correcta de energía. La bobina de recolección alimenta energía al circuito del cargador a bordo. El cargador integrado vuelve a convertir la señal en voltaje de CC y controla las funciones de carga de la batería para cargar de forma segura una amplia gama de baterías.

“El procesador que usamos es un microcontrolador STM32 basado en ARM. Usamos una máquina de estado compleja junto con algoritmos de control dinámico que se ejecutan localmente en el procesador. Juntos, estos determinan cómo se deben cambiar las salidas en respuesta a las señales entrantes. Si está enviando varios cientos de vatios de potencia y cambia el parámetro incorrecto, es muy fácil que interrumpa el sistema en lugar de beneficiarlo. Entonces, poder determinar qué hacer para reaccionar a las condiciones cambiantes en tiempo real es una gran parte de nuestro sistema. Y cuando necesita hacer las cosas rápidamente y no tiene una gran cantidad de capacidad informática, debe estar bastante optimizada tanto en software como en hardware. La utilización de un semiconductor de tecnología GaN en nuestro amplificador de RF fue fundamental para optimizar el rendimiento del hardware ”, dijo Alex Huttunen, ingeniero de software principal de la empresa.

La tecnología GaN ofrece la carga autónoma inalámbrica que estas condiciones requieren al operar a una alta frecuencia de conmutación con la máxima eficiencia. En colaboración con GaN Systems Inc., WiBotic integra dispositivos GaN para proporcionar los niveles de potencia y los requisitos de alcance de antena que requieren tanto los drones como los robots. Además, el regulador PRM Vicor 48V VI Chip PRM alimenta el transmisor a bordo de la estación de carga inalámbrica WiBotic TR-110, que alimenta de forma inalámbrica el receptor a bordo del robot / dron. El PRM acepta 48 V de una fuente de alimentación CA-CC y el voltaje de salida se controla de forma adaptativa y se corta entre 20 y 55 V aproximadamente.

Figura 3:Un robot con carga inalámbrica. Haga clic en la imagen para ampliarla. (Fuente:Wibotic)

“Nos enfocamos principalmente en robótica, automatización y dispositivos industriales. Pero estamos muy entusiasmados con el crecimiento de la carga inalámbrica en muchas industrias; su adopción está aumentando en los teléfonos móviles y también se está expandiendo a muchas otras industrias, dijo Matt Carlson, vicepresidente de desarrollo comercial de WiBotic. Continuó:"Estamos desarrollando más algoritmos que se alinearían con la inteligencia artificial y el aprendizaje automático basados ​​en tendencias históricas y aplicándolos al rendimiento futuro de un análisis, específicamente en torno a la carga de la batería".

Con el sistema de recarga de drones inalámbrico, todo el proceso de recarga se puede monitorear y controlar de forma remota utilizando software basado en la nube, API y herramientas para garantizar que los drones se recarguen lo más rápido posible cuando sea necesario o más lentamente cuando la planificación del vuelo no sea masiva.

>> Este artículo se publicó originalmente el nuestro sitio hermano, EE Times.