Les drones continuent d'évoluer avec les solutions de recharge sans fil

Il existe de grandes entreprises avec de grands projets pour offrir des services basés sur des flottes de drones, et elles sont toutes désireuses de dépasser un défi opérationnel important :le temps de vol des drones commerciaux est limité par la capacité limitée de la batterie. Une façon de résoudre le problème consiste à utiliser des solutions de recharge plus efficaces et plus flexibles. Et cela explique le vif intérêt pour WiBotic, qui conçoit et fabrique des solutions pour recharger les batteries de drones et de robots. La startup de 4 ans a obtenu 5,7 millions de dollars de financement de série A.

Les investisseurs incluent Junson Capital, SV Tech Ventures, Rolling Bay Ventures, Aves Capital, The W Fund et WRF Capital, entre autres.

WiBotic propose des solutions de recharge sans fil et d'optimisation de la puissance pour le marché des robots aériens, mobiles, marins et industriels. Sa technologie Adaptive Matching offre une nouvelle méthode de transfert de puissance inductive qui, selon la société, fournit les niveaux de puissance nécessaires aux drones et autres appareils volants.

De telles solutions d'optimisation fournissent une surveillance détaillée des paramètres de charge de la batterie via des bibliothèques logicielles. Combinées au déploiement stratégique de matériel de recharge sans fil, ces fonctionnalités logicielles sont conçues pour optimiser la disponibilité des drones.

Les solutions de recharge sans fil WiBotic gèrent également la planification de la recharge ; ils sont conçus pour permettre à plusieurs robots de se charger à partir du même émetteur à des moments différents.

Transfert de puissance sans fil (WPT)

L'utilisation des champs électromagnétiques comme source d'électricité remonte à la fin du XIXe siècle, lorsque Nikola Tesla a démontré pour la première fois la transmission de l'électricité sans fil. La méthodologie sans fil est bien connue, mais la conception des émetteurs, leur emplacement, la maximisation de l'efficacité et la nécessité d'un comportement validé de l'ensemble du système représentent un défi complexe qui nécessite des compétences spécifiques et l'utilisation d'outils avancés tels que la simulation numérique. Les méthodes utilisées par les systèmes WPT les plus courants sont le couplage inductif ou IRM, chacune ayant ses forces et ses faiblesses.

La plus courante des méthodes est la méthode inductive, comme on en trouve généralement dans les appareils grand public. Malheureusement, ils ne sont efficaces que lorsque les antennes sont extrêmement rapprochées. Les robots et les drones ne peuvent pas se positionner avec suffisamment de précision pour s'assurer que les systèmes inductifs fournissent une charge fiable.

La technologie de résonance magnétique est la dernière technologie qui offre beaucoup plus de flexibilité dans le positionnement. Cependant, les systèmes de résonance typiques ont une zone spéciale où une efficacité maximale peut être exploitée. Si le robot s'arrête brièvement ou est décentré, l'efficacité est réduite et les temps de charge augmentent.

La technologie WiBotic est basée sur les points forts des systèmes inductifs et résonants car elle intègre le meilleur des deux. « Notre système breveté de correspondance adaptative surveille en permanence la position relative de l'antenne et ajuste dynamiquement les paramètres du matériel et du micrologiciel pour maintenir une efficacité maximale - offrant une charge fiable, à des niveaux de puissance élevés et sur plusieurs centimètres de décalage vertical, horizontal et angulaire », a déclaré Ben Waters, PDG de WiBotic.

Figure 1 :Efficacité de diverses technologies. Cliquez sur l'image pour l'agrandir. (Source :Wibotic)

Algorithme logiciel

Savoir quand recharger le drone lorsque la batterie est faible est une caractéristique importante pour évaluer les temps d'arrêt. Différents robots auront différents types de chimie de batterie, de tensions et de courant. Le logiciel d'optimisation énergétique de WiBotic est capable d'évaluer les robots qui viennent pour une charge et de déterminer la meilleure façon de les charger.

Le micrologiciel Wibotic permet aux opérateurs de robots de surveiller et de définir les paramètres de charge souhaités. Le cerveau embarqué permet au drone d'accéder directement au chargeur embarqué pour effectuer les mêmes fonctions. L'architecture du réseau de recharge sans fil structuré permet aux robots de rester chargés, ce qui minimise les temps d'arrêt et réduit le coût global des flottes de robots.

« Une grande partie de notre innovation pour la robotique vient de la sortie de l'amplificateur RF de l'émetteur, puis du côté récepteur, de l'entrée du redresseur, c'est là que nous sommes en mesure de régler dynamiquement l'impédance de nos systèmes pour nous assurer que nous sommes maximiser notre transfert de puissance en maintenant les impédances de source et de charge des deux côtés du transformateur à noyau d'air adaptées. Nous ajustons et détectons dynamiquement les choses très rapidement en temps réel pour s'adapter aux mouvements, aux perturbations ou aux changements au fur et à mesure qu'ils se produisent dans le système », a déclaré Waters.

Architecture du système wibotique

La station de recharge sans fil pour drones est une plate-forme carrée (3 pieds sur 3 pieds pour le pad standard) constituée d'une plaque à induction « intelligente » qui, lors de l'atterrissage du drone, détermine le type de batteries fournies à l'avion, établissant ainsi les paramètres de charge corrects.

Tous les systèmes de charge sans fil WiBotic se composent de quatre composants matériels principaux :unité émettrice, bobine d'antenne émettrice, unité de charge embarquée, bobine d'antenne de réception.

Figure 2 :schéma fonctionnel de l'architecture Wibotic. Cliquez sur l'image pour l'agrandir. (Source :Wibotic)

L'unité de transmission génère un signal d'alimentation sans fil haute fréquence via la source CA. Le signal traverse un câble coaxial SMA jusqu'à la bobine de l'antenne émettrice, où il génère à la fois des champs électriques et magnétiques. La bobine peut être montée dans n'importe quelle orientation selon la piste du drone.

L'unité émettrice reconnaît tout robot entrant équipé d'une unité de charge embarquée et d'une bobine d'antenne réceptrice et s'active automatiquement pour fournir la bonne quantité d'énergie. La bobine de collecte alimente en énergie le circuit du chargeur embarqué. Le chargeur embarqué reconvertit le signal en tension continue et contrôle les fonctions de charge de la batterie pour charger en toute sécurité une large gamme de batteries.

« Le processeur que nous utilisons est un microcontrôleur STM32 basé sur ARM. Nous utilisons une machine à états complexe ainsi que des algorithmes de contrôle dynamique exécutés localement sur le processeur. Ensemble, ils déterminent comment les sorties doivent être modifiées en réponse aux signaux entrants. Si vous envoyez plusieurs centaines de watts de puissance et que vous modifiez le mauvais paramètre, vous pourriez très facilement perturber le système au lieu d'en profiter. Ainsi, être capable de déterminer ce qu'il faut faire pour réagir aux conditions changeantes en temps réel est une grande partie de notre système. Et lorsque vous devez faire les choses rapidement et que vous ne disposez pas d'une énorme capacité de calcul, elle doit être assez bien optimisée tant au niveau logiciel que matériel. L'utilisation d'un semi-conducteur de technologie GaN dans notre amplificateur RF a joué un rôle essentiel dans l'optimisation des performances du matériel », a déclaré Alex Huttunen, ingénieur logiciel en chef de l'entreprise.

La technologie GaN offre la charge autonome sans fil que ces conditions nécessitent en fonctionnant à une fréquence de commutation élevée avec une efficacité maximale. En collaboration avec GaN Systems Inc., WiBotic intègre des dispositifs GaN pour fournir les niveaux de puissance et les exigences de portée d'antenne dont les drones et les robots ont besoin. De plus, le régulateur PRM à puce Vicor 48V VI PRM alimente l'émetteur à bord de la station de charge sans fil WiBotic TR-110, qui alimente sans fil le récepteur embarqué du robot/drone. Le PEM accepte 48 V à partir d'une alimentation AC-DC et la tension de sortie est contrôlée de manière adaptative et coupée d'environ 20 à 55 V.

Figure 3 :Un robot avec recharge sans fil. Cliquez sur l'image pour l'agrandir. (Source :Wibotic)

« Nous nous concentrons principalement sur la robotique, l'automatisation et les dispositifs industriels. Mais nous sommes très enthousiastes à l'idée que la recharge sans fil se développe dans de nombreux secteurs ; son adoption augmente dans les téléphones mobiles et s'étend également à de nombreuses autres industries, a déclaré Matt Carlson, vice-président du développement commercial de WiBotic. Il a poursuivi : « nous développons davantage d'algorithmes qui s'aligneraient sur l'IA et l'apprentissage automatique sur la base des tendances historiques et les appliquons aux performances futures d'une analyse, en particulier autour de la charge de la batterie. »

Avec le système de recharge de drones sans fil, l'ensemble du processus de recharge peut être surveillé et contrôlé à distance à l'aide de logiciels, d'API et d'outils basés sur le cloud pour garantir que les drones se rechargent le plus rapidement possible en cas de besoin ou plus lentement lorsque la planification de vol n'est pas massive.

>> Cet article a été initialement publié le notre site partenaire, EE Times.