Без приземлення для зарядки: вчені навчилися живити дрони лазером

Як вирішували проблему?

Вчені пояснили: основною перешкодою для передачі бездротової енергії високої потужності завжди залишалося критичне перегрівання обладнання.

Потужні лазери миттєво нагрівали компактні приймачі - це призводило до втрати ефективності та плавлення деталей.

Аби розв'язати цю проблему, вчені створили двошаровий тандемний пристрій:

• Верхній шар складається з модифікованих перовськітних елементів, які поглинають високоінтенсивне лазерне світло та перетворюють його на електрику.
• Нижній шар - термоелектричний генератор, який утилізує залишкове тепло, генеруючи додаткову електроенергію за рахунок різниці температур.

Для додаткового захисту від екстремальних температур (під час тестів тепловізори фіксували нагрів до 80-90°C) у конструкцію інтегрували унікальні теплобар’єрні нанокристали.

Прототип лазерного приймача, вмонтованого під крилом нерухомої моделі дрона, перетворює енергію зеленого лазера на електроенергію, а повітряний потік, що створюється пропелером, відводить тепло через вбудовані охолоджувальні канали (фото: Y. Han, X. Han)

Аеродинаміка та новий метод охолодження

Замість встановлення громіздкого обладнання на корпус дослідники розмістили ультратонкий приймач під крилом безпілотника та розробили спеціальну систему повітряних каналів.

Під час руху апарата зустрічний потік повітря проходить крізь крило та природним чином охолоджує тильну сторону приймача.

Принцип простий: чим більша різниця температур між розпеченою лазером лицьовою поверхнею та охолодженою тильною частиною, тим більше додаткової енергії виробляє термоелектричний шар.

У лабораторних умовах із використанням зеленого лазерного променя ефективність перетворення світла в електроенергію досягла 38,49 відсотків.

Виклики та перспективи

Попри успішні лабораторні тести із запуском макета пропелера, технологія потребує подальшого доопрацювання перед виходом на комерційний ринок.

Інженерам належить вирішити низку складних завдань: навчити оптичні системи точно відстежувати рухомий дрон на відстані кількох кілометрів у реальних погодних умовах, а також гарантувати безпеку польотів, аби високопотужний зелений лазер випадково не засліпив пілотів цивільної авіації.

У разі успішної реалізації технологія дозволить дронам виконувати тривалі місії з моніторингу лісів, ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій та цілодобової доставки вантажів без потреби у регулярних приземленнях для заміни батарей.