Νέα τεχνολογία φορτίζει drones καθώς πετούν

Κινέζοι ερευνητές παρουσίασαν ένα σύστημα που υπόσχεται την φόρτιση drones εν πτήσει μέσω ακτίνων λέιζερ.

Οι επιστήμονες κατασκεύασαν ένα πρωτότυπο σύστημα χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο drone στο οποίο τοποθέτησαν έναν ειδικό δέκτη που λειτουργεί με τρόπο παρόμοιο με ένα ηλιακό κύτταρο. Ο δέκτης ο οποίος τοποθετήθηκε στην κάτω πλευρά του φτερού κατάφερε να μετατρέπει την ενέργεια της ακτίνας λέιζερ σε ηλεκτρική ενέργεια τροφοδοτώντας έτσι τις έλικες του αεροσκάφους.

Η σημαντική αυτή πρόοδος επιτεύχθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου Πολιτικής Αεροπορίας της Κίνας και του Πανεπιστημίου Tsinghua. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στην επιθεώρηση «Matter & Light».

«Οι προηγούμενες μελέτες επικεντρώνονταν κυρίως στα υλικά ή στην ίδια τη συσκευή. Εμείς θελήσαμε να προχωρήσουμε πέρα από το εργαστήριο και να εξετάσουμε πώς το σύστημα μπορεί να ενσωματωθεί σε ένα αεροσκάφος, να ψύχεται κατά τη λειτουργία του και να είναι συμβατό με τις απαιτήσεις της πτήσης. Δεν πρόκειται μόνο για πρόβλημα επιστήμης υλικών, αλλά κυρίως για πρόβλημα μηχανικής»  δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Τζιανχούα Χαν ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Πολιτικής Αεροπορίας της Κίνας.

Το σύστημα

Ο δέκτης βασίζεται σε μια διάταξη που ονομάζεται θερμοηλεκτρικό κύτταρο λέιζερ περοβσκίτη (PLC-TE) η οποία έχει σχεδιαστεί ώστε να μετατρέπει το φως λέιζερ σε ηλεκτρική ενέργεια με πολύ υψηλή απόδοση.

Ο περοβσκίτης είναι ένα ιδιαίτερα αποδοτικό υλικό που χρησιμοποιείται στις πλέον σύγχρονες ηλιακές κυψέλες. Ξεχωρίζει για την κρυσταλλική του δομή η οποία του επιτρέπει να απορροφά μεγαλύτερο εύρος μηκών κύματος του φωτός σε σχέση με το πυρίτιο. Για το λόγο αυτό θεωρείται ένα από τα πιο υποσχόμενα υλικά για την επόμενη γενιά φωτοβολταϊκών ενώ ορισμένες έρευνες δείχνουν ότι μπορεί ακόμη και να μετατρέπει τον χαμηλής έντασης φωτισμό εσωτερικών χώρων σε αξιοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια.

Όταν ο δέκτης δέχθηκε μια πράσινη ακτίνα λέιζερ, κατάφερε να μετατρέψει το 38,49% της προσπίπτουσας ενέργειας σε ηλεκτρισμό. Η απόδοση αυτή ξεπερνά το προηγούμενο κορυφαίο ποσοστό του 34% που είχαν επιτύχει οι συνδυασμένες κυψέλες περοβσκίτη-πυριτίου σύμφωνα με στοιχεία του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.

Οι δοκιμές

Κατά τις πρώτες δοκιμές οι ερευνητές διαπίστωσαν ένα σημαντικό πρόβλημα: η ισχυρή ακτίνα λέιζερ προκαλούσε υπερβολική αύξηση της θερμοκρασίας του συστήματος μειώνοντας τη συνολική του απόδοση.

«Όταν δοκιμάσαμε τη συσκευή με λέιζερ υψηλής ισχύος η θερμική κάμερα κατέγραψε θερμοκρασίες από 80 έως 90 βαθμούς Κελσίου. Ήταν πολύ υψηλότερες από ό,τι περιμέναμε και μας έκαναν να συνειδητοποιήσουμε ότι η συσσώρευση θερμότητας αποτελούσε πολύ σοβαρότερο πρόβλημα απ’ όσο είχαμε φανταστεί» λέει ο Χαλ.

Για να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν στη διάταξη νανοκρυστάλλους από τρισεληνιούχο αντιμόνιο, ένα ημιαγώγιμο υλικό που διαθέτει φωτοηλεκτρικές ιδιότητες. Οι νανοκρύσταλλοι λειτουργούν ως θερμικό φράγμα περιορίζοντας τη μεταφορά θερμότητας και αποτρέποντας την υπερθέρμανση της συσκευής.

Επιπλέον η συνεχής ροή αέρα που δημιουργείται από τις έλικες του drone συμβάλλει στην ψύξη της διάταξης κατά τη διάρκεια της πτήσης.

«Φανταστείτε ένα μέλλον όπου τα drones που επιθεωρούν δάση, παρακολουθούν φυσικές καταστροφές ή πραγματοποιούν παραδόσεις δεμάτων δεν θα χρειάζεται πλέον να προσγειώνονται συχνά για αλλαγή ή φόρτιση μπαταριών. Καθώς οι αποστολές των drones γίνονται ολοένα και μεγαλύτερες, η διάρκεια ζωής της μπαταρίας αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους περιοριστικούς παράγοντες» εξηγεί ο Χαν.

Οι εφαρμογές

Οι ερευνητές θεωρούν ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να αξιοποιηθεί κυρίως σε αποστολές αναγνώρισης, μεταφοράς υλικών και παροχής βοήθειας μετά από φυσικές καταστροφές.

Ωστόσο επισημαίνουν ότι απαιτείται ακόμη σημαντική έρευνα για την ανάπτυξη συστημάτων παρακολούθησης υψηλής ακρίβειας τα οποία θα μπορούν να κατευθύνουν συνεχώς τη δέσμη λέιζερ προς τον δέκτη του drone όσο αυτό βρίσκεται σε πτήση. Στο επόμενο στάδιο της έρευνας, η ομάδα σκοπεύει να δοκιμάσει τη συσκευή σε πραγματικό, ελαφρύ drone και σε εξωτερικές συνθήκες.

Η δυνατότητα σχεδόν απεριόριστης διάρκειας πτήσης έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον στρατιωτικών οργανισμών σε όλο τον κόσμο. Εάν η ασύρματη μεταφορά ενέργειας καταστεί πρακτικά εφαρμόσιμη, τα μη επανδρωμένα αεροσκάφη αναγνώρισης ή μεταφοράς φορτίων θα μπορούν να επιχειρούν για πολύ μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα χωρίς την ανάγκη συχνής επαναφόρτισης.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το AeroVironment RQ-11 Raven, ένα από τα πιο διαδεδομένα μικρά στρατιωτικά drones, το οποίο μπορεί να παραμείνει στον αέρα για μόλις 60 έως 90 λεπτά πριν χρειαστεί επαναφόρτιση.

Τον Ιούνιο του 2025, η Υπηρεσία Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων Άμυνας των ΗΠΑ (DARPA) κατάφερε να μεταδώσει ασύρματα 800 Watt ηλεκτρικής ισχύος σε απόσταση 8,6 χιλιομέτρων στο πλαίσιο του προγράμματος Persistent Optical Wireless Energy Relay (POWER).

Παράλληλα, ιδιωτικές εταιρείες, όπως η PowerLight Technologies, σε συνεργασία με το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ υποστηρίζουν ότι μπορούν να μεταδίδουν ισχύ αρκετών κιλοβάτ σε drones που πετούν σε ύψος έως και 1,500 μέτρων.

Naftemporiki.gr