В эксперименте устройство непрерывно летало в течение часа, но инженеры заявляют, что это не предел. Разработка описана в журнале Nature.
Китайские инженеры разработали CouloumbFly — миниатюрный винтокрылый аппарат размером с ладонь, которому для полета не нужно ничего кроме солнечного света. Хотя устройство все еще находится на ранних стадиях разработки, в будущем его можно будет использовать для постоянного наблюдения на промышленных объектах, связи и поисково-спасательных операций.
Существующие крошечные БПЛА, использующие солнечную энергию, остаются в воздухе не более получаса. Это связано с тем, что для они работают от электромагнитных двигателей, использующих электричество от солнечной панели. Чем меньше дрон, тем меньше площадь поверхности солнечной панели и эффективность устройства.
CouloumbFly
Китайские инженеры разработали устройство весом 4,2 г с ротором диаметром 20 см, которое работает от электростатического двигателя. Он состоит из круга электродных пластин вокруг вращающегося цилиндра, покрытого 64 тонких вертикальных выступов. Во время вращения края пластин задевают рейки ротора.
Заряженная лопасть ротора подвергается воздействию электростатической силы в электрическом поле и движется к следующей электродной пластине. Когда лопасть ротора проходит через нее, происходит обмен зарядами, и полярность лопасти ротора и направление электростатического поля изменяются одновременно, что гарантирует, что крутящий момент на всем роторе остается постоянным для непрерывного вращения электростатического двигателя, объясняют разработчики.
Устройство дрона с электростатическим двигателем. Изображение: Wei Shen et al., Nature
Чтобы минимизировать вес устройства, помимо ротора и электростатического двигателя, в нем больше почти ничего нет. В основании дрона находятся две тонкие солнечные панели, каждая размером 4 см. Под воздействием солнечного света они генерируют около 4,5 В. Напряжение подается через 12-ступенчатый умножитель и трансформатор на статор.
В ходе эксперимента готовое устройство непрерывно летало в течение часа и опустилось только из-за отказа одного из компонентов. Последующие эксперименты показывают, что двигатель может стабильно работать и после часа непрерывной работы.
В дальнейших экспериментах исследователи планируют проработать систему управления и полезную нагрузку для такого дрона. Это позволит перейти к практическому применению устройства. Одно из них — использование датчиков, которые будут собирать и передавать разные данные во время непрерывного мониторинга. Правда, для этого понадобится комбинация солнечного света и перезаряжаемой батареи для работы ночью.
Источник: hightech.fm
