VIDEO ⟩ See sulgkerge droon võib valguse jõul igavesti õhus püsida

See oleks revolutsioon: teadlastel õnnestus droon lendama panna vaid iseenda päikeseenergiast toodetud elektri abil. Nii võiks valguse käes püsida see masin õhus pea igavesti ehk kuni läbikulumiseni. Foto: teadustöö/NPG

Hiina teadlased on loonud ülikerge päikesetoitel drooni, mis on võimeline lõputult lendama päevavalguse najal.

Beihangi ülikooli teadlased Pekingis on ehitanud päikesetoitel drooni ColumbFly, mis kaalub vaid neli grammi ja kasutab elektri tootmiseks päikesepaneeli. Niimoodi loob lennuvahend elektrivälja vastandlaengutega plaatide vahel, mis on paigutatud ringikujuliselt.

Need vastandlaengud toimivad nagu tõukuvad magnetid, tekitades piisavalt jõudu rootorilabade pööramiseks. See tekitab pöördemomendi, mis tõstabki drooni maapinnalt õhku, kuhu see võib jäädagi, kuni on valgust.

Väga tõhus ja madala energiatarbega

Droonil on väga hea tõhusus, sest see mehhanism suudab tõsta 30,7 grammi vati kohta ja on väga kerge jõuallikas, mis tarbib vaid 0,568 vatti.

See lubabki loomuliku päikesevalguse (920 vatti ruutmeetri kohta) tingimustes pidevalt lennata.

Teadlased pakkusid välja prototüübi, mis on põrnikasuurune ning võib lennata vaid päikeseenergia toel. Foto: teadustöö/Nature

Mikroõhusõidukite (MAV) puhul on piiratud lennuaeg olnud suurim väljakutse, eriti alla 10 grammi kaaluvate sõidukite puhul, kuna need ei suuda kuigi kaua õhus püsida. Teadlaste loodud uus katseeksemplar aga suudab lennata tunduvalt rohkem kui sellise suurusega droonid, mis said hakkama kõige rohkem kuni kümme minutit.

Siiski on seadmel ka üks puudus: seda ei saa koormata teab mis suure koormusega.

Lahendus väljakutsetele: rõngasplaadid

Kui tavaliselt tõstab drooni üles elektrimootor, mis saab oma energia mahukatelt akudelt, siis nende raskuse väljakutse lahendamiseks lõid Hiina teadlased drooni, millel on küll üsna suur mootor, kuid pea olematu kaaluga. Jõuallikal on sisemine rõngas statsionaarsete laetud plaatidega (staator), mis on valmistatud õhukestest süsinikkiust plaatidest ning kaetud alumiiniumfooliumkattega.

Külgnevate plaatide vahel on vastandlaengud, mida ümbritseb 64 pöörleva plaadi rõngas (rootor).

Kui välimised rõngasplaadid laetakse, tekib vastandlike staatorplaatide vahel tõmme, mis algatabki pöörlemise. Kui staator- ja rootorplaadid joonduvad, hõlbustab õhukeste juhtmete loodud kontakt laengu ülekandmist ja võrdsustumist, muutes tõmbejõu tõukejõuks. See mehhanism hoiab rootori pidevas liikumises, tagades, et järjestikused rootorplaadid hoiavad vastandlaengut järgmise staatorplaadi suhtes.

Päikeseenergia paneb pöörlema

Kust aga selle liikumise jaoks energiat saada? Akud oleks klassikaline lahendus, kuid need on liiga rasked. Kuna energiat on vaja ülivähe, siis otsustasid teadlased kasutada päikesepaneele. Nende ehitamiseks võeti õhukene galliumarseniidi kihiga plaat, saavutades nii ligi 30-protsendilise tõhususe, kuid vaja oli ka sealt tuleva liiga madala pinge tõttu kõrgepingemuundurit.

Tõhusus tuli ohverdada ülikerge kaalu nimel, mille pärast paigutati mitmed muundurid järjestikku. Süsteem kaalub ikkagi vaid 1,13 grammi ja tõstab pinge 4,5 voldi pealt 9 kV peale 24-protsendilise tõhususega.

Testlend oli paljulubav

Testlennu ajal startis ColumbFly vähem kui ühe sekundiga pärast päikesepaneeli kokkupuudet päikesevalgusega.

Teadlased väidavad, et see seade suudab praegu lennata vabalt ühe tunni kõrgusel kuni 15 sentimeetrit, kandes kuni 2 grammi raskuseid väikeseid sensoreid või juhtimisseadmeid.

Kuigi see võib tunduda tagasihoidlik saavutus, on meeskond siiski optimistlik, et disainiparandused suurendavad kindlasti drooni vastupidavust ja kandevõimet. Neljagrammise massiga seade saavutab ju tõste- ja võimsustõhususe 7,6 grammi vati kohta, vajades õhus püsimiseks vaid veidi üle poole vati.

Hoolimata pinge muundamise märkimisväärsest võimsuskaost, vajab mootor, mille tõhusus on üle 30 grammi vati kohta, töötamiseks kõigest 0,14 vatti.

Vaata videost, kuidas imemasin õhus püsib:

Teadustöö drooni kohta ilmus ajakirjas Nature.