Бездротове живлення давно стало звичним для наших гаджетів. Проте міжнародна команда дослідників під керівництвом Цзяньхуа Ханя із Університету цивільної авіації Китаю пропонує перенести цю концепцію в небо — заряджати безпілотники лазерним променем прямо під час польоту. Результати роботи опубліковано 29 липня в журналі Matter & Light.
Як працює лазерне заряджання дронів
Дослідники розробили компактний приймач на основі сонячного елемента, який перехоплює енергію лазерного променя та трансформує її на електроенергію. Прилад базується на тандемній конструкції перовськітного лазерного елемента з термоелектричним модулем (PLC-TE), оптимізованої саме для лазерного випромінювання.
Перовськітний шар перетворює лазерну енергію на електроенергію, тоді як термоелектричний компонент улавлює теплову енергію, яка звичайно втрачається. Чим більша різниця температур між нагрітою стороною (обернутою до лазера) та охолодженою протилежною стороною, тим вищою є продуктивність системи.
Проблема перегрівання та її вирішення
Під час експериментів із потужними лазерами вчені виявили критичну проблему: температура пристрою досягала 80–90°C, що значно перевищувало очікування та знижувало ефективність роботи. Це змусило команду переглянути підхід.
Рішення знайшлося у вбудовуванні спеціалізованих нанокристалів, які виконують роль теплового бар’єра. Ці матеріали погано проводять тепло, сповільнюючи його передачу та допомагаючи приймачу зберігати продуктивність. Під дією зеленого лазера система досягла 38,49% ефективності перетворення енергії — одного з найвищих результатів у своєму класі.
Від лабораторії до небо: практичні випробування
На відміну від попередніх досліджень, які зосереджувалися лише на матеріалознавстві, команда Ханя підійшла комплексно. Вчені інтегрували приймач під крило нерухомої моделі дрона, прорізавши в крилі канали для циркуляції повітря. Спрямування зеленого лазера успішно живило лопать пропелера. Потік повітря додатково охолоджував холодну сторону термоелектричного шару, підвищуючи загальну продуктивність.
Проте пристрій ще не піднімався у повітря. Наступний етап — випробування на борту легкого дрона в умовах відкритого простору. Дослідникам також потрібно вирішити завдання точного наведення лазера на рухомий безпілотник та забезпечити безпеку технології.
Перспективи для майбутнього
Якщо проєкт матиме успіх, лазерне заряджання дронів може революціонізувати галузь. Замість польотів тривалістю 30–90 хвилин безпілотники потенційно зможуть залишатися в повітрі практично безперервно, виконуючи багатогодинний моніторинг лісових пожеж, охорону кордонів, інспекцію інфраструктури чи доставку вантажів.
Ханьхань відзначає, що перехід від концепції до широкого впровадження потребує вирішення складних інженерних завдань: забезпечення високоточного наведення лазера, автоматичного вимикання променя при появі перешкод та довідання безпечності для людей, птахів і цивільної авіації.
Варто зауважити, що ідея передачі енергії лазером не нова — нею займаються дослідницькі центри понад десять років. Однак цей проєкт став одним із перших, де акцент зроблено не лише на ефективності приймача, а й на його інтеграції в конструкцію безпілотника та активному охолодженні під час експлуатації.
