Воздушный робот весом 4 грамма питается от крошечных солнечных панелей, которые вырабатывают чрезвычайно высокое напряжение — подход, который может позволить дронам летать бесконечно долго.
Дрон весом всего 4 грамма — это самый маленький летательный аппарат на солнечной энергии, который когда-либо летал, благодаря своему необычному электростатическому двигателю и крошечным солнечным панелям, которые вырабатывают чрезвычайно высокое напряжение. Хотя прототип размером с колибри проработал всего час, его создатели говорят, что их подход может привести к появлению дронов размером с насекомое, которые смогут оставаться в воздухе неограниченное время.
Миниатюрные беспилотники представляют собой привлекательное решение для решения целого ряда задач связи, шпионажа и поисково-спасательных операций, однако их применение ограничено малым временем автономной работы, а версии на солнечных батареях с трудом вырабатывают достаточно энергии для собственного поддержания работы.
По словам Минцзин Ци из Университета Бэйхан в Китае, при миниатюризации дронов на солнечных батареях их солнечные панели уменьшаются, что снижает количество доступной энергии. Эффективность электродвигателей также снижается, поскольку больше энергии теряется на тепло, говорит он.
Чтобы избежать этого убывающего цикла, Ци и его коллеги разработали простую схему, которая увеличивает напряжение, вырабатываемое солнечными панелями, до 6000–9000 вольт. Вместо того чтобы использовать электромагнитный двигатель, как в электромобилях, квадрокоптерах и различных роботах, они использовали электростатическую двигательную систему для питания 10-сантиметрового ротора.
Этот двигатель работает, притягивая и отталкивая чередующиеся компоненты с электрическими зарядами, расположенными в кольце, создавая крутящий момент, который вращает одну лопасть ротора, как вертолет. Легкие компоненты сделаны из тончайших полосок углеродного волокна, покрытых чрезвычайно тонкой алюминиевой фольгой. Их высокие требования к напряжению на самом деле являются бонусом, так как ток уменьшается, что приводит к очень низким потерям на тепло.
Рабочий ток чрезвычайно низок при той же выходной мощности, в результате чего двигатель практически не выделяет тепла. Высокая эффективность и низкое энергопотребление двигателя позволяют нам питать транспортное средство от очень маленькой солнечной панели», — говорит Ци. «Нам впервые удалось заставить микролетающий аппарат летать, используя естественный солнечный свет. До этого только очень большие сверхлегкие самолеты могли достичь этого».
Дрон исследователей, которую они называют CoulombFly, весит всего 4,21 грамма продержалась в полете 1 час, прежде чем вышла из строя по механическим причинам. Ци говорит, что эти слабые места можно спроектировать без учета, и будущие версии смогут летать практически бесконечно, используя солнечные панели днем и собирая радиосигналы, такие как 4G и Wi-Fi, для получения энергии ночью.
CoulombFly способен нести полезную нагрузку в 1,59 грамма, что может позволить установку небольших датчиков, компьютеров или камер. Но с усовершенствованной конструкцией исследователи считают, что этот вес можно увеличить до 4 граммов, а версии с фиксированным крылом могут нести даже до 30 граммов. Также ведется работа по созданию еще меньшей версии CoulombFly с ротором диаметром менее 1 сантиметра.
Чтобы не пропустить новости о новых технологиях, подписывайтесь на наши каналы в Телеграм – GetMiner и GetDrone. Мы подберем лучший дрон и посоветуем, что можно подарить вашим детям. Также вы можете оформить заказ в нашем магазине на Озон. Не забудьте заглянуть и в наш ламповый чат.