به نقل از شهرآرانیوز؛ امروزه فناوری شارژ بیسیم در ابزارهایی نظیر تلفنهای همراه، ساعتهای هوشمند و هدفونها بهطور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرد، اما انتقال این قابلیت به آسمان با چالشهای بیشتری همراه است. پهپادها برای پرواز به باتری وابستهاند و ظرفیت محدود این باتریها سبب میشود که پس از مدت معینی مجبور به فرود شوند. این محدودیت در ماموریتهایی مانند بازرسی از جنگلها، پایش مناطق آسیبدیده از بلایای طبیعی یا تحویل بستهها بسیار حیاتی است. فرودهای مکرر برای تعویض یا شارژ باتری زمان عملیات را کاهش میدهد و ممکن است انجام برخی ماموریتها در مناطق دورافتاده یا پرخطر را با مشکلاتی مواجه کند.
انتقال انرژی با استفاده از لیزر یکی از گزینههای ممکن برای غلبه بر این محدودیتها به شمار میآید. در این تکنیک، انرژی نور از فاصلهای دور به یک گیرنده نصبشده بر روی پهپاد ارسال و سپس به برق تبدیل میشود. با این حال، بخش قابل توجهی از انرژی لیزر ممکن است به گرما تبدیل گردد. افزایش دما به طور غیرمناسب، میتواند کارایی گیرنده را کاهش دهد و ممکن است عملکرد دستگاه را در مدت زمان طولانی مختل سازد. بنابراین، طراحی یک گیرنده سبک، با کارایی بالا و مقاوم در برابر گرما برای استفاده عملی از این فناوری بسیار ضروری است. چنین سیستمی باید بتواند علاوه بر تبدیل مناسب نور به برق، با ساختار بال و جریان هوای اطراف وسیله پرنده نیز سازگاری داشته باشد.
گروهی از محققان به رهبری جیانهوا هان از دانشگاه هوانوردی غیرنظامی چین، تحقیقی درباره شارژ پهپادها از طریق انتقال انرژی لیزری انجام دادهاند. آنها یک سیستم سبک بر اساس طراحی سلولهای خورشیدی توسعه دادهاند که به جای دریافت نور معمول خورشید، برای جذب انرژی یک پرتو لیزر بهینه شده است. هدف این پژوهش بررسی امکان تبدیل نور لیزر به برق و ادغام گیرنده با بال پهپاد، به همراه کنترل گرمای تولیدی بود.
برای این منظور، آنها دستگاهی ترکیبی از یک سلول لیزری پروسکایتی و یک لایه ترموالکتریک ساختند. پروسکایت به عنوان مادهای به کار میرود که میتواند انرژی نور لیزر را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. لایه ترموالکتریک نیز از اختلاف دما برای تولید برق استفاده میکند؛ یعنی هرچه اختلاف دما میان سمت گرم رو به لیزر و سمت خنکتر دستگاه بیشتر باشد، امکان تولید برق بیشتری وجود دارد. این لایه بخشی از انرژی را که معمولاً به شکل گرما هدر میرود، دوباره به برق تبدیل میکند.
آزمایشهای اولیه نشان دادند که تابش لیزر با قدرت بالا، سبب گرم شدن شدید گیرنده میشود. تصاویر دوربین حرارتی دماهایی در حدود ۸۰ تا ۹۰ درجه سانتیگراد را نشان دادند؛ مقداری که به گفته هان بسیار بیشتر از آن چیزی است که پژوهشگران پیشبینی کرده بودند. برای کاهش انتقال گرما، آنها نانوبلورهای ویژهای را در دستگاه قرار دادند. نانوبلورها ذرات بلوری بسیار کوچکی هستند که در این سیستم گرما را به خوبی هدایت نمیکنند. این ویژگی باعث میشود که آنها به عنوان یک مانع حرارتی عمل کنند و سرعت عبور گرما را کاهش دهند و به حفظ عملکرد گیرنده در زمان تابش طولانیتر لیزر کمک کنند.
در ادامه، سیستم با یک لیزر سبز آزمایش شد و موفق به تبدیل حدود ۴۰ درصد از انرژی دریافتی به برق گردید. این میزان یکی از بالاترین بازدههای ثبتشده برای این نوع فناوریها در شرایط مشابه محسوب میشود. پژوهشگران همچنین دستگاه را زیر بال یک مدل ثابت پهپاد نصب کرده و درون بال کانالهایی برای عبور هوا ایجاد کردند. تابش لیزر سبز به گیرنده توانست پره ملخ این مدل را به حرکت درآورد.
جریان هوا از کانالهای داخل بال، سمت سرد لایه ترموالکتریک را بیشتر خنک کرد و در نتیجه عملکرد کلی سیستم افزایش یافت. این آزمایش نشان داد که شکل و ساختار بال میتواند بخشی از راهکار مدیریت دما باشد. به بیان ساده، هوایی که از بال عبور میکند، به حفظ اختلاف دما میان دو سمت لایه ترموالکتریک کمک کرده و این اختلاف هم تولید برق از گرمای هدر رفته را افزایش میدهد و هم مانع از کاهش شدید کارایی گیرنده میشود.
اهمیت این یافتهها تنها به ساخت یک ماده یا سلول جدید محدود نمیشود. پژوهشگران تلاش کردهاند تا نشان دهند که گیرنده چگونه میتواند با یک وسیله پرنده ترکیب شود و در شرایط نزدیکتر به کاربرد واقعی، همزمان انرژی دریافت کند و خنک بماند. هان تأکید کرده است که مسئله شارژ لیزری پهپادها تنها یک موضوع مربوط به علم مواد نیست، بلکه یک چالش مهندسی نیز محسوب میشود. وزن گیرنده، محل نصب، جریان هوا، پایداری عملکرد و سازگاری آن با پرواز، همگی در عملیاتی شدن این فناوری نقش دارند.
با این حال، با وجود نتایج اولیه، این دستگاه هنوز در شرایط پرواز آزمایش نشده است. مرحله بعدی پژوهش، نصب آن بر روی یک پهپاد سبک و ارزیابی عملکرد قابل اعتماد سیستم در فضای باز خواهد بود. علاوه بر این، هدایت دقیق پرتو به سوی پهپادی که به طور مداوم در حال حرکت است، چالشی بزرگ به حساب میآید. ایمنی استفاده از لیزر نیز باید بهطور جدی مورد بررسی قرار گیرد. پژوهشگران این روش را نمونهای از امکان “سوختگیری پهپاد با نور” توصیف کردهاند، اما به این نکته نیز اشاره کردهاند که تبدیل نمونه آزمایشگاهی به یک فناوری گسترده، نیازمند حل مجموعهای از مسائل فنی و ایمنی است.
نتایج این تحقیق در نشریه علمی Matter & Light منتشر شده است؛ نشریهای که به مجموعه انتشارات علمی Cell Press وابسته است. این تحقیق میتواند نقطه شروعی برای توسعه سیستمهایی باشد که شاید در آینده بتوانند مدت زمان فعالیت پهپادها را افزایش دهند و نیاز آنها به فرودهای مکرر برای تعویض باتری را کاهش دهند.
منبع: shahraranews.ir
