Çinli araştırmacılar sonsuza kadar uçabilecek dört gramlık drone üretti.

Çinli bir araştırma grubu sadece 4 gram (tek bir A4 kağıt) ağırlığında bir dron geliştirdi. Daha da enteresan bir özelliği var: şarj olmaya ihtiyaç duymadan sonsuza kadar havada kalabiliyor. Sırrı ise güneş enerjisinden beslenen 1,52 gramlık elektrostatik motoru.

Geçen hafta Nature dergisinde yayınlanan bir makalede belgelenen drone, sadece 1,52 gram ağırlığında ve 4,5V üreten güneş pilleriyle çalışan bir elektrostatik motor kullanıyor.

Makalede, drone'un tasarımının geleneksel drone'larda bulunandan iki ila üç kat daha iyi bir kaldırma-güç verimliliğine sahip olduğu ileri sürülüyor.

Yazarlar, şarj edilebilir piller eklenebilirse, aracın 24 saat uçma kapasitesine sahip olabileceğini öne sürdü.
Bu minyatürleştirmenin anahtarı aracın yenilikçi tahrik sisteminde yatıyor. Aracın kalbinde, geleneksel olarak insansız hava araçlarında kullanılan elektromanyetik motorlardan farklı olarak elektrostatik bir motor yer alıyor. Bu elektrostatik motor, rotor kanatlarını tahrik etmek için yüksek voltajlı elektrik alanları kullanarak tamamen farklı prensiplerle çalışıyor.

Bu elektrostatik motor inanılmaz derecede az güç tüketiyor - sadece 137 miliwatt - ve watt başına 30,7 gramlık etkileyici bir kaldırma-güç verimliliği sağlıyor. Bu, güneş ışığının sağladığı sınırlı güçle havada kalması gereken bir araç için çok önemlidir.

Motorun tasarımı zarif bir şekilde basittir. Karbon fiber ve alüminyum folyodan yapılmış 64 kanatlı bir rotordan oluşuyor ve bir halka şeklinde düzenlenmiş sekiz çift elektrot arasında dönüyor. Yüksek voltaj uygulandığında, rotor kanatları yüklenir ve statik elektriğin saçları diken diken etmesine benzer şekilde elektrik alanı tarafından çekilir.

Bu motordaki akıllı yeniliklerden biri, rotor ve elektrotlar arasında yük aktarımı için küçük fırçaların kullanılmasıdır. Bu, önceki bazı tasarımlarda kullanılan daha az verimli korona etkisinin yerini alarak daha düşük voltajlarda daha iyi performans sağlar.

Bu motora güç sağlamak başka bir zorluk teşkil ediyordu. Ekip, güneş pilleri ve yüksek voltaj dönüştürücüsü de dahil olmak üzere sadece 2,09 gram ağırlığında ultra hafif bir güç sistemi geliştirdi. İnce film GaAs'den yapılan güneş pilleri %30 gibi etkileyici bir enerji dönüşüm verimliliğine sahip. Dönüştürücü daha sonra güneş pillerinin çıkışını yaklaşık 4,5 volttan motorun ihtiyaç duyduğu 9.000 volta yükseltiyor - hepsi bir gramdan biraz daha ağır bir paket içinde.

Güç sisteminin tasarımı çok önemliydi. Bilim insanları, bileşen sayısını ve dolayısıyla ağırlığı mutlak minimumda tutarken ihtiyaç duyulan yüksek voltaj kazancını elde etmek için çok aşamalı bir voltaj çarpanına sahip yeni bir ileri-geri dönüştürücü kullandılar. Cihaz, güneş pillerinden gelen düşük voltajı (AA pile benzer) alıyor ve drone'un motorunun uçması için gereken binlerce volta kadar yükseltiyor. Bu tıpkı bir lastiği şişirmek için bisiklet pompası kullanmaya benziyor, ancak hava basıncı yerine elektrik voltajını küçük, kontrollü adımlarla artırıyor. Bu minyatür mucize, tüy kadar hafif drone'un güneş ışığından başka hiçbir şeyle uçmamasını sağlıyor.

Bu yeniliklerin sonucu, watt başına 7,4 gramlık toplam kaldırma-güç verimliliğine sahip bir mikro hava aracıdır - benzer boyuttaki diğer bağlı olmayan MAV'lardan iki ila üç kat daha iyi. Pratik açıdan bu, aracın doğal güneş ışığı koşulları altında sürekli havada kalabileceği anlamına geliyor ki bu daha önce bu ölçekte hiç başarılmamış bir başarı.

Bu atılımdan önce, bu alandaki başarının zirvesi Harvard Üniversitesi tarafından geliştirilen ve 2019'da Nature dergisinde yer alan Robobee idi. Dikkat çekici olsa da Robobee, sürekli uçuş sağlamak için doğal güneş ışığından üç kat daha yoğun bir yapay ışık kaynağına ihtiyaç duyuyordu. Buna karşılık, bu son yenilik, yalnızca doğal güneş ışığı kullanarak sürekli uçuşa olanak tanıyan önemli bir sıçramaya işaret ediyor.

Nature dergisinde de yayınlanan bu buluş, ultra uzun ömürlü mikro hava araçları için heyecan verici olasılıkların önünü açıyor. Bu tür cihazlar potansiyel olarak gündüz saatlerinde süresiz olarak havada kalabilir ve bu da onları çevresel izleme, iletişim röleleri veya uzak bölgelerdeki arama ve kurtarma operasyonları gibi uygulamalar için ideal hale getirir.

Minik drone güneş ışığıyla yıkanarak sessiz süzülüşünü sürdürürken, bunun teknolojik bir başarıdan daha fazlasını temsil ettiği açıktır. Bu, gökyüzünün, güneşin sonsuz enerjisiyle sessizce işlerine devam eden güneş enerjili mikro uçan sürülerle dolu olabileceği bir geleceğe bir bakış.