Výdrž baterií zůstává i nadále velkým úskalím v odvětví dronů. Skupina čínských výzkumníků právě představila řešení, které by mohlo změnit pravidla hry: zařízení, které zachycuje energii laserového paprsku přímo za letu a přeměňuje ji na elektřinu, čímž eliminuje nutnost přistání k dobití.
Práce, zveřejněná v časopise Matter & Light, popisuje hybridní systém, který získává elektrický proud dvěma způsoby. Zaprvé, fotovoltaická buňka vyrobená z perovskitů – polovodičového materiálu, který revolučním způsobem změnil výzkum v oblasti solární energie – přímo přeměňuje zelené laserové světlo na elektřinu. Na rozdíl od konvenčních solárních panelů, které jsou navrženy tak, aby zachycovaly široké spektrum barev tvořící sluneční světlo, je tato buňka vyladěna tak, aby dosahovala maximálního výkonu z jediné vlnové délky: vlnové délky laserového paprsku.
Druhý způsob využívá jev, který zpočátku představoval pro výzkumníky velkou výzvu. Při zvyšování výkonu laseru se přijímač zahříval mnohem více, než se předpokládalo. Termokamera zaznamenala teploty mezi 80 a 90 stupni Celsia, jak potvrzuje Jianhua Han, vedoucí projektu. Aby tomuto přehřívání zabránili, tým do zařízení zabudoval nanokrystaly, které fungují jako tepelná bariéra a udržují výrazný teplotní rozdíl mezi oběma stranami zařízení. Integrovaný termoelektrický generátor právě tento teplotní gradient využívá k výrobě dodatečné elektřiny, čímž se problém proměnil ve výhodu.
Díky této dvojí strategii dosáhli odborníci účinnosti 38,49 %, což je jedna z nejvyšších hodnot zaznamenaných dosud u laserem napájených přijímačů energie.
Jak funguje bezdrátový přenos energie
Laser, ačkoli si jej často spojujeme s průmyslovými řezacími nástroji nebo světelnými ukazovátky, je ve své podstatě velmi koncentrovaným tokem fotonů, základních částic světla. Každý foton nese malé množství energie. Když paprsek dopadne na perovskitovou buňku, tato energie uvolní elektrony uvnitř materiálu a vygeneruje elektrický proud, který je schopen napájet motory dronu nebo částečně dobít jeho baterii.
Jinými slovy, laser nevysílá vzduchem elektřinu, ale energii ve formě světla. Je to přijímač nainstalovaný na dronu, který ji přeměňuje zpět na využitelný proud. Tento proces je identický s tím, který probíhá v domácím solárním panelu, avšak se světelným zdrojem mnohem intenzivnějším a jediné barvy.
Z laboratoře do oblak: letecké inženýrství
Han a jeho tým se nespokojili pouze s optimalizací materiálů v laboratoři. Navrhli také praktické řešení určené pro reálné letové podmínky. Přijímač byl umístěn pod jedno z křídel dronu, kde malé vnitřní kanálky umožňují, aby proud vzduchu vznikající při letu ochlazoval zadní stranu zařízení, podobně jako chladič automobilu odvádí teplo z motoru.
„Dosavadní pokroky se soustředily především na materiály nebo na samotné zařízení,“ uzavírá Han. „My jsme chtěli jít dál než jen do laboratoře a zamyslet se nad tím, jak systém skutečně integrovat do letadla, jak jej během provozu chladit a jak zajistit jeho kompatibilitu s letem. Nejde jen o problém materiálových věd, ale také o problém inženýrství.“
Překážka v podobě výdrže
Ať už dron kontroluje elektrické vedení, sleduje lesní požár nebo doručuje balíčky: dříve či později se musí vrátit na zem, aby si dobil baterie. Jak upozorňuje sám Han, omezená výdrž se stala jednou z největších překážek, protože tato letadla plní stále delší a náročnější mise.
Představte si budoucnost, ve které drony, které kontrolují lesy, monitorují katastrofy nebo doručují balíčky, již nebudou muset neustále přistávat kvůli výměně baterie,
uvádí výzkumník. Bezdrátový přenos energie pomocí laseru by mohl tento scénář proměnit ve skutečnost, protože by fungoval jako neviditelný kabel, který zařízení napájí ze země.
Zbývající výzvy
Navzdory slibným výsledkům sami autoři přiznávají, že je před nimi ještě dlouhá cesta. Další fáze projektu počítá s testy s lehkým dronem v reálných letových podmínkách. V budoucnu bude nutné vyřešit velmi složité technické výzvy, jako je udržení laseru namířeného s milimetrovou přesností na pohybující se zařízení nebo zajištění toho, aby vysoce výkonný paprsek mohl být používán s naprostou bezpečností vůči osobám a okolním letadlům.