Η ανάγκη επαναφόρτισης των μπαταριών αποτελεί έναν από τους μεγαλύτερους περιορισμούς των drones. Μια νέα τεχνολογία που ανέπτυξαν ερευνητές στην Κίνα φιλοδοξεί να αλλάξει αυτή την πραγματικότητα, επιτρέποντας την ασύρματη τροφοδοσία μη επανδρωμένων αεροσκαφών κατά τη διάρκεια της πτήσης μέσω ακτίνων λέιζερ.
Το πρωτότυπο σύστημα, που σχεδιάστηκε από επιστήμονες του Πανεπιστημίου Πολιτικής Αεροπορίας της Κίνας και του Πανεπιστημίου Tsinghua, χρησιμοποιεί έναν ειδικό φωτοηλεκτρικό δέκτη τοποθετημένο στο κάτω μέρος του φτερού του drone. Ο δέκτης μετατρέπει την ενέργεια της δέσμης λέιζερ σε ηλεκτρική ισχύ, τροφοδοτώντας απευθείας τους κινητήρες του αεροσκάφους.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στην επιθεώρηση Matter & Light.
Πώς λειτουργεί το σύστημα
Η καρδιά της τεχνολογίας είναι ένα θερμοηλεκτρικό κύτταρο λέιζερ περοβσκίτη (PLC-TE), μια διάταξη που αξιοποιεί υλικά περοβσκίτη για να μετατρέπει με υψηλή απόδοση την ενέργεια του λέιζερ σε ηλεκτρισμό.
Οι περοβσκίτες θεωρούνται από τα πλέον υποσχόμενα υλικά για τις επόμενες γενιές φωτοβολταϊκών, καθώς απορροφούν ευρύτερο φάσμα φωτός από το πυρίτιο και εμφανίζουν ιδιαίτερα υψηλή φωτοηλεκτρική απόδοση.
Στις δοκιμές, το σύστημα μετέτρεψε το 38,49% της ενέργειας μιας πράσινης ακτίνας λέιζερ σε ηλεκτρική ενέργεια. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η επίδοση αυτή ξεπερνά το προηγούμενο επίπεδο απόδοσης που είχε επιτευχθεί με υβριδικές φωτοβολταϊκές κυψέλες περοβσκίτη-πυριτίου.
Η πρόκληση της υπερθέρμανσης
Κατά τα πρώτα πειράματα, η ομάδα διαπίστωσε ότι η ισχυρή δέσμη λέιζερ προκαλούσε σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας του συστήματος, περιορίζοντας την απόδοσή του.
«Οι θερμικές μετρήσεις έδειξαν ότι η θερμοκρασία έφθανε τους 80 έως 90 βαθμούς Κελσίου, πολύ υψηλότερα από ό,τι περιμέναμε. Τότε αντιληφθήκαμε ότι η διαχείριση της θερμότητας αποτελούσε μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις του συστήματος», ανέφερε ο επικεφαλής της μελέτης Jianhua Han.
Για να περιορίσουν την υπερθέρμανση, οι επιστήμονες ενσωμάτωσαν νανοκρυστάλλους τρισεληνιούχου αντιμονίου, ενός ημιαγώγιμου υλικού που λειτουργεί ως θερμικό φράγμα και μειώνει τη διάχυση της θερμότητας. Παράλληλα, η συνεχής ροή αέρα που δημιουργούν οι έλικες του drone συμβάλλει στη φυσική ψύξη του δέκτη κατά τη διάρκεια της πτήσης.
Μεγαλύτερη αυτονομία για τα drones
Η τεχνολογία θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά τον χρόνο πτήσης των drones, περιορίζοντας την ανάγκη για συχνές προσγειώσεις και αλλαγές μπαταρίας.
«Φανταστείτε drones που επιθεωρούν δάση, συμμετέχουν σε επιχειρήσεις έρευνας και διάσωσης ή πραγματοποιούν παραδόσεις χωρίς να χρειάζεται να διακόπτουν την αποστολή τους για επαναφόρτιση. Καθώς οι αποστολές γίνονται ολοένα πιο απαιτητικές, η διάρκεια ζωής της μπαταρίας παραμένει ο σημαντικότερος περιοριστικός παράγοντας», σημείωσε ο Han.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε αποστολές επιτήρησης, χαρτογράφησης, μεταφοράς υλικών και αντιμετώπισης φυσικών καταστροφών.
Το επόμενο βήμα
Παρότι τα πρώτα αποτελέσματα είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά, απαιτούνται ακόμη τεχνολογικές βελτιώσεις πριν το σύστημα χρησιμοποιηθεί σε πραγματικές συνθήκες.
Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια είναι η ανάπτυξη συστημάτων υψηλής ακρίβειας που θα μπορούν να διατηρούν συνεχώς ευθυγραμμισμένη τη δέσμη λέιζερ με τον δέκτη του drone κατά τη διάρκεια της πτήσης.
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει πλέον δοκιμές σε πλήρως λειτουργικά ελαφρά drones και σε εξωτερικό περιβάλλον.
Η δυνατότητα ασύρματης παροχής ενέργειας έχει ήδη προσελκύσει το ενδιαφέρον τόσο της βιομηχανίας όσο και αμυντικών οργανισμών. Εάν η τεχνολογία ωριμάσει, θα μπορούσε να επιτρέψει σε drones αναγνώρισης, επιτήρησης ή μεταφοράς φορτίων να παραμένουν στον αέρα για πολύ μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα από ό,τι είναι σήμερα εφικτό.
Το ενδιαφέρον για την ασύρματη μεταφορά ενέργειας αυξάνεται διεθνώς. Το 2025, η DARPA μετέδωσε ασύρματα 800 Watt σε απόσταση 8,6 χιλιομέτρων στο πλαίσιο του προγράμματος POWER, ενώ εταιρείες όπως η PowerLight Technologies αναπτύσσουν αντίστοιχα συστήματα υψηλής ισχύος για drones που επιχειρούν σε μεγάλα ύψη.