Китайські вчені розробили систему бездротової підзарядки дронів за допомогою лазерів

Китайські науковці презентували інноваційну технологію, яка дозволяє дронам заряджати акумулятори прямо під час польоту завдяки перетворенню енергії лазерного променя на електрику. Цей прорив може суттєво вплинути на майбутнє безпілотних літальних апаратів, усунувши необхідність регулярних посадок для підзарядки.

Як працює новий приймач енергії для дронів

У ході лабораторних досліджень фахівці створили приймач, який здатен ефективно перетворювати світлову енергію зеленого лазера на електричну. Під час експерименту пристрій зміг конвертувати 38,49% енергії лазера в електрику — цього вистачило для стабільної роботи маленького пропелера. Принцип роботи полягає в тому, що лазерний промінь спрямовується на дрон із землі, забезпечуючи його безперервним живленням. Однак на шляху до практичного використання виникли труднощі з перегрівом приймача.

"Коли потужний лазер потрапляє на приймач, частина енергії перетворюється на тепло. Через це фотоелемент нагрівається і починає працювати менш ефективно. Під час експериментів температура поверхні приймача під потужним лазером сягала 80–90 °C. Дослідники зрозуміли, що просто відводити це тепло — не найкраща ідея. Вони вирішили зробити навпаки: перетворити тепло на додаткову електроенергію".

Для цього під світлочутливий шар інтегрували термоелектричний модуль із телуриду вісмуту. За рахунок різниці температур на його сторонах він генерує додаткову електроенергію, таким чином збільшуючи загальну ефективність пристрою.

Роль нанострижнів і перспективи застосування

Ще одним важливим елементом стали нанострижні з селеніду сурми, які поліпшують рух тепла та передачу електричного заряду. Без цих наноструктур коефіцієнт перетворення складав приблизно 34,65%, а з їхньою допомогою підвищився до 38,49%. Водночас напруга зросла з 2,41 до 2,52 вольта, а стабільність роботи суттєво покращилася — швидкість обертання пропелера досягла 7820 обертів на хвилину та залишалася сталою протягом усього тесту.

Для наближення експерименту до реальних умов приймач було інтегровано в крило моделі дрона, де створили повітряний канал з ребрами для ефективного охолодження. Вентилятор імітував повітряний потік, завдяки чому температура однієї зі сторін термоелектричного модуля знизилася з 31,6 °C до 24 °C. Це дозволило збільшити різницю температур і, відповідно, вироблення електроенергії. Таким чином, крило не лише забезпечує підйомну силу, а й охолоджує систему та допомагає отримувати більше енергії від лазера.

Попри значний технологічний прогрес, поки що всі досліди проводилися лише на нерухомій лабораторній моделі. Реальний безпілотник стикається з додатковими складнощами під час руху, турбулентності й необхідністю точно спрямовувати лазер. Є й питання щодо довговічності фотоелемента, оскільки матеріали можуть деградувати під впливом високих температур і вологи.

У найближчих планах дослідників — встановити систему на легкий дрон і протестувати її в польоті просто неба. Якщо технологія покаже ефективність, вона може відкрити нові можливості для тривалих польотів дронів, що стане корисним у спостереженні за лісами, ліквідації наслідків катастроф, доставці вантажів та моніторингу великих територій. У перспективі дрони можуть отримувати необхідну енергію безперервно завдяки лазерному «повідку» із землі, а не від масивних акумуляторів.