Без необхідності приземлятися для підзарядки: науковці освоїли технологію живлення дронів за допомогою лазерного випромінювання.

Вчені пояснили: основною перешкодою для передачі бездротової енергії високої потужності завжди залишалося критичне перегрівання обладнання.

Сильні лазери швидко підіймали температуру компактних приймачів, що, в свою чергу, викликало зниження їхньої ефективності та призводило до плавлення компонентів.

Аби розв'язати цю проблему, вчені створили двошаровий тандемний пристрій:

* Верхній шар утворений з модифікованих перовськітних компонентів, що здатні вбирати лазерне світло з високою інтенсивністю і перетворювати його в електричну енергію.

Нижній шар являє собою термоелектричний генератор, що перетворює залишкове тепло в додаткову електричну енергію, використовуючи різницю температур.

Щоб забезпечити додатковий захист від екстремальних температур (під час випробувань тепловізори реєстрували нагрів до 80-90°C), у конструкцію були впроваджені спеціальні теплобар'єрні нанокристали.

Прототип лазерного приймача, вмонтованого під крилом нерухомої моделі дрона, перетворює енергію зеленого лазера на електроенергію, а повітряний потік, що створюється пропелером, відводить тепло через вбудовані охолоджувальні канали (фото: Y. Han, X. Han)

Аеродинаміка і новий підхід до охолодження.

Замість того, щоб монтувати велике обладнання на корпус, дослідники інтегрували ультратонкий приймач під крилом безпілотного літального апарату і створили унікальну систему повітряних каналів.

Під час пересування апарату зустрічний повітряний потік проникає через крило, забезпечуючи природне охолодження зворотної сторони приймача.

Принцип дії є простим: чим значніша температура між нагрітою лазером передньою поверхнею і охолодженою задньою частиною, тим більше енергії генерує термоелектричний шар.

У контрольованих лабораторних умовах за допомогою зеленого лазерного променя ефективність конверсії світла в електричну енергію склала 38,49 відсотка.

Виклики та можливості

Попри успішні лабораторні тести із запуском макета пропелера, технологія потребує подальшого доопрацювання перед виходом на комерційний ринок.

Інженери повинні впоратися з низкою складних викликів: навчити оптичні системи ефективно відстежувати рухомий дрон на відстані кількох кілометрів у різних погодних умовах, а також забезпечити безпеку польотів, щоб потужний зелений лазер випадково не засліпив пілотів цивільних літаків.

У випадку успішного впровадження, ця технологія надасть можливість безпілотникам здійснювати тривалі місії з контролю за лісовими масивами, ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій та безперервної доставки вантажів без необхідності частих приземлень для підзарядки батарей.