Дрон CoulombFly із сонячними панелями може літати необмежену кількість часу під сонцем

Дослідники з Наньянського технологічного університету в Сінгапурі (NTU Singapore) розробили дрон під назвою CoulombFly, здатний автономно зависати за наявності сонячного світла. Цей інноваційний безпілотник поєднує в собі сонячні батареї, перетворювач напруги та електростатичний двигун, який обертає гвинт подібно до вертолітного. Всі компоненти дрону налаштовані на оптимальний баланс ефективності, ваги та здатності поглинати сонячне світло.

CoulombFly є дослідницьким прототипом, який має безліч обмежень. На даний момент на його борту немає апаратного забезпечення для керування, тому дрон може тільки дрейфувати за вітром. Компоненти дрону дуже тонкі і тендітні, що робить його одним з найлегших у світі – його вага складає всього 4,21 г.

Більшість дронів використовують електромагнітні двигуни, що включають важкі металеві котушки. Розробники CoulombFly вирішили зосередитися на створенні легкого електростатичного двигуна, який використовує сили тяжіння та відштовхування заряду для обертання. Двигун складається з внутрішнього кільця нерухомих заряджених пластин (статора), зроблених з тонкого вуглецевого волокна, покритого алюмінієвою фольгою, і кільця з 64 пластин, що обертаються. Коли пластини у зовнішньому кільці заряджені, протилежний заряд сусідніх пластин статора запускає обертання.

Для роботи системи потрібно невелика сила струму, але висока напруга між пластинами. Гвинт діаметром 10 см з 8 лопатями створює підйомну силу 5,8 г, що визначає проектні умови всіх інших компонентів.

Сонячні елементи дрону виготовлені з тонкої плівки арсеніду галію, що забезпечує ефективність перетворення енергії до 30% порівняно з більш ніж 20% в інших матеріалів. Оскільки батареї забезпечують високий струм, але низька напруга, дослідники розробили серію перетворювачів напруги, які збільшують напругу з 4,5 до 9,0 кВ. Хоча ефективність перетворення становить лише 24%, ці перетворювачі важать лише 1,13 р.

Конструкція CoulombFly включає циліндричний двигун із пропелером та платформу із сонячними елементами, врівноважену перетворювачем енергії. Під час тестування дрон злетів і зависав більше години за сонячного світла, вимагаючи 0,568 Вт потужності для польоту. З огляду на загальну масу 4,21 г, це означає ефективність 7,6 г/Вт. Двигуну потрібно всього 0,14 Вт, що дає йому ефективність більше 30 г/Вт.

У майбутньому можливе додавання інших компонентів, таких як система керування, що дозволить розширити функціональні можливості дрону.