Китайські вчені створили мінідрон, що здатний літати «вічно» на сонячній енергії
Дослідники з китайського Університету Бейханг і Центру передових авіаційних двигунів представили CouloumbFly, мініатюрний гвинтокрил, який важить лише 4 грами, але здатен літати необмежений час, доки є достатньо сонячної енергії. Розповідаємо що відомо про CouloumbFly, у чому новаторство ідеї та які обмеження у «вічнольота».
Чому мінідрон CouloumbFly вартий уваги
Результати своїх експериментів колектив китайських вчених опублікував у журналі Nature.
Вони сконструювали мініатюрний гвинтокрил, який належить до класу мікролітальних апаратів (micro aerial vehicles (MAVs)). CouloumbFly здатен підіймати власну вагу лише за допомогою сонячного світла. Хоча його вага 4,1 г, що приблизно дорівнює чотирьом скріпкам, він має діаметр ротора 20 см, що робить його приблизно у 600 разів легшим за будь-який інший подібний невеликий дрон на сонячних батареях.
Підписуйтеся на наші соцмережі
Уже це є серйозним успіхом. Інший найближчий аналог, який може реалізувати тривалий політ на сонячному світлі, — квадрокоптер на сонячних батареях завдовжки 2 м та вагою 2,6 кг. Наявні літальні апарати, які працюють від сонячного світла, зазвичай використовують електромагнітні двигуни та побудовані з нерухомим крилом. Попередні роботи часто використовували досить великий розмах крил, щоб отримати достатню площу для сонячних елементів. Однак це призвело до громіздкої конструкції.
Як працює мінідрон на сонячних батареях CouloumbFly
Силова система мінідрона — це неймовірно легкий електродвигун з урізаним функціоналом та вагою лише 1,52 г, який приводить у рух верхній ротор вагою 0,44 г. Ротор складається з пластинок, вкритих фольгою, що звисають із зовнішнього боку корпусу і є позитивно та негативно зарядженими, а ротор — це ряд із 64 тонших вертикальних виступів позаду пластин статора.
«Коли лопатка ротора стикається зі щіткою електродної пластини, між ротором і наступною електродною пластиною утворюється електронний конденсатор, — пояснюють дослідники. — Заряджена лопатка ротора піддається електростатичній силі в електричному полі та рухається до наступної електродної пластини. Коли лопатка ротора проходить через наступну пластину, відбувається обмін зарядами. Полярність лопаті ротора та напрямок електростатики гарантує, що рушійний момент на всьому роторі залишається постійним для безперервного обертання електростатичного двигуна».
Такі типи двигунів, які використовують для руху електростатичні поля замість магнітних полів, частіше використовують у мікроелектромеханічних системах (MEMS). Але вони ідеальні у цьому застосуванні, оскільки позбуваються ваги магнітних котушок і роторів.
Окрім верхнього ротора та електростатичного двигуна, мінідрон містить дві тонкі сонячні панелі розміром 4 см кожна. Вони генерують приблизно 4,5V під сонячним світлом, яке подається через 12-ступінчастий помножувач напруги та трансформатор, які врешті видають 9 тис. V, що потім надсилаються на панелі статора.
Скільки часу може літати дрон CouloumbFly, які обмеження та можливості застосування
За результатами дослідів, CouloumbFly залишався у постійному польоті впродовж години, а згодом механічна несправність повернула його на землю. Однак вчені кажуть, що це не межа.
«Подальші експериментальні результати показують, що електростатичний двигун все ще може працювати нормально, а продуктивність залишається стабільною після однієї години безперервної роботи. Цей експеримент демонструє чудову стабільність і довговічність електростатичних двигунів, забезпечуючи основу для майбутньої розробки довговічних MAV», — йдеться у звіті.
У майбутньому дослідники, можливо, додадуть балансувальні стрижні, щоб досягти ефекту зависання, або використовуватимуть кілька роторів для протидії крутному моменту гвинта.
Є обмеження у вантажопідйомності. Зараз вона становить 1,59 г. За хмарної чи вологої погоди батареї мінідрона не згенерують достатньої потужності. Теоретичним рішенням може бути поєднання звичайних та сонячних батарей.
Водночас такі мініатюрні літальні засоби можуть бути дуже корисними у пошукових операціях (оскільки не потребуватимуть частої підзарядки) та у розвідці. Безпілотники були б настільки малі, що їх було б важко побачити або відстежити сучасними технологіями.
