무선 충전 기술, 드론 함대 비행 시간 한계 돌파

대기업들이 상업용 드론 함대 배치를 경쟁적으로 추진하지만, 배터리 한계가 여전히 비행 시간을 제한한다. 더 긴 임무의 열쇠는 효율적이고 유연한 재충전에 있으며, 이 분야에서 WiBotic이 선도하고 있다. 4년 전 설립된 WiBotic은 Junson Capital, SV Tech Ventures, Rolling Bay Ventures, Aves Capital, The W Fund, WRF Capital 등으로부터 570만 달러의 시리즈 A 투자를 유치했다.

WiBotic의 적응형 매칭 기술

WiBotic의 포트폴리오는 항공, 모바일, 해양, 산업용 로봇의 무선 충전과 전력 최적화를 아우른다. 특허받은 적응형 매칭(Adaptive Matching) 기술은 유도 결합과 자기 공명 원리를 결합해 수 센티미터의 수직, 수평, 각도 오프셋에서도 고전력, 신뢰성 있는 충전을 제공한다. 이는 정밀한 위치 선정이 어려운 드론에 결정적 이점이다.

하드웨어를 넘어선 소프트웨어 통합

하드웨어 외에도 WiBotic의 소프트웨어 라이브러리는 배터리 파라미터를 실시간 모니터링하고 충전 주기를 스케줄링해, 여러 로봇이 단일 송신기를 공유해도 다운타임 없이 운용할 수 있게 한다. 펌웨어, 펌웨어, 클라우드 API의 이러한 통합으로 운영자는 함대 가동률을 유지하고 운영 비용을 절감할 수 있다.

무선 전력 전송(WPT) 배경

WPT는 니콜라 테슬라의 19세기 실험으로 거슬러 올라간다. 현대 시스템은 근거리에서만 효율적인 유도 결합이나, 유연성은 높지만 수신기가 중심에서 벗어나면 성능이 저하되는 자기 공명 방식을 사용한다. WiBotic의 적응형 매칭 시스템은 하드웨어와 펌웨어를 동적으로 튜닝해 소스와 부하 임피던스를 매칭시킴으로써, 드론이 움직여도 최대 효율을 유지한다.

그림 1: WPT 방식별 효율 비교 (출처: WiBotic)

지능형 소프트웨어 알고리즘

배터리 화학, 전압, 전류가 각기 다른 드론 유형마다 맞춤형 충전 로직이 필요하다. WiBotic의 에너지 최적화 엔진은 들어오는 기기를 평가하고 최적 파라미터를 선택하며, 운영자가 펌웨어나 온보드 컨트롤러를 통해 선호도를 설정할 수 있게 한다. 이 아키텍처는 다운타임과 전체 함대 비용을 최소화한다.

Ben Waters CEO는 "우리 혁신의 핵심은 RF 증폭기 출력과 수신기 정류기 입력에 있다. 시스템 임피던스를 실시간으로 동적 튜닝해, 움직임이나 장애가 있어도 전력 전송을 희생하지 않고 적응한다"고 설명했다.

시스템 아키텍처

표준 충전 패드는 3ft × 3ft 크기로, 드론 착륙 시 배터리 타입을 식별해 자동으로 올바른 충전 프로파일을 구성하는 '지능형' 유도 플레이트를 포함한다.

WiBotic 스테이션의 4대 핵심 구성요소: 송신 유닛, 송신 안테나 코일, 온보드 충전 유닛, 수신 안테나 코일. 송신기는 SMA 동축 케이블을 통해 고주파 신호를 안테나 코일로 전달해 필요한 전기·자기장을 생성한다. 온보드 충전기는 수신된 RF 에너지를 다시 DC로 변환해 다양한 배터리를 안전하게 충전한다.

그림 2: WiBotic 아키텍처 블록 다이어그램 (출처: WiBotic)

온보드 프로세서는 ARM 기반 STM32 마이크로컨트롤러로 스테이트 머신과 동적 제어 알고리즘을 실행한다. 전력 레벨이 수백 와트를 초과할 때 시스템 교란을 방지하기 위해 빠르고 낮은 지연 시간의 조정이 필수적이다. 효율 극대화를 위해 WiBotic은 RF 증폭기에 GaN 반도체 기술을 적용해 최소 손실로 고주파 스위칭을 구현했다.

GaN Systems Inc.와 협력해 드론과 로봇의 전력 및 범위 요구사항을 충족하는 GaN 디바이스를 통합했다. Vicor 48V VI Chip PRM 레귤레이터가 송신기에 전원을 공급하며, AC-DC 서플라이로부터 48V를 받아 20V~55V 사이에서 적응적으로 출력을 조절한다.

그림 3: 무선 충전 장착 로봇 (출처: WiBotic)

Matt Carlson 비즈니스 개발 부사장은 "로보틱스와 산업 자동화에 집중하지만, 모바일 폰부터 중장비까지 무선 충전의 광범위한 채택이 우리 혁신을 견인한다. 과거 충전 트렌드에서 학습해 미래 성능을 예측하는 AI 기반 알고리즘을 개발 중"이라고 밝혔다.

WiBotic의 클라우드 기반 플랫폼으로 전체 재충전 프로세스의 원격 모니터링과 제어가 가능하다. 운영자는 피크 비행 기간엔 급속 충전을, 비행 수요가 낮을 땐 느린 유지보수급 충전을 스케줄링할 수 있다.