CoulombFly. Kredit: Beihang University.

Drony mají problém s energií. Let je náročná záležitost a spotřebuje spoustu energie. Dron ale zároveň musí být co nejlehčí, protože spotřeba energie roste s hmotností. Pro drony je to smrtící past, kterou inženýři obvykle řeší rafinovanými kompromisy. Pozoruhodné řešení zvolili odborníci čínské Beihang University v Pekingu a centra Center of Advanced Aero-Engine. Vyvinuli miniaturní rotorový letoun, který je tak lehký a efektivní, že unese svou vlastní hmotnost a vystačí si se solárním pohonem.

Konstrukce CoulombFly. Kredit: Beihang University.

Jejich ColoumbFly je velikosti dlaně a jeho hmotnost je 4,21 gramů, tedy asi jako 4 kancelářské sponky. Jeho let zajišťuje rotor o průměru 20 centimetrů. Podle tvůrců je dron asi 600krát lehčí než dosavadní srovnatelné drony se solárním pohonem.

Jak takový dron obstojí v letu? Testy ColoumbFly na kabelu za přirozeného slunečního svitu ukázaly, že se dron vznese během jediné sekundy a dokáže letět hodinu, aniž by mu došla energie. Pro dron tohoto typu, tedy v podstatě pro miniaturní helikoptéru, která se vlastními silami vznese a létá, je to pozoruhodný výkon.

Logo. Kredit: Beihang University.

Klíčem k úspěchu tohoto VTOL dronu (s kolmým startem a přistáním) je jeho pohonný systém. Zahrnuje extrémně lehký elektromotor o hmotnosti 1,52 gramů, který roztáčí horní rotor, jehož hmotnost je pouhých 0,44 gramů. Jde o elektrostatický motor, který tvoří kladné a záporné statorové plochy. Rotor motoru, který roztáčí horní rotor, se skládá ze 64 tenkých destiček, uspořádaných za plochami statoru.

Podobné elektrostatické motory, které využívají k pohybu elektrostatická pole namísto magnetických, se používají jako senzory v mikroelektromechanických systémech (MEMS). V pohonu pro ColoumbFly byl ale tento typ motoru dotažen téměř k dokonalosti.

Kromě elektrostatického motoru a horního rotoru tvoří dron ColoumbFly dva velice tenké solární panely, každý z nich o velikosti asi 4 centimetry čtvereční. Panely při slunečním svitu generují asi 4,5 V proudu, který jde přes 12-stupňový násobič napětí a transformátor, které zvednou napětí téměř na 9 tisíc V. Zbytek dronu představuje velmi lehká konstrukce.

Dosavadní experimenty potvrzují, že jde o slušně stabilní a slibnou konstrukci. Tvůrci dronu se teď soustředí na vylepšování jeho jednotlivých prvků, včetně systému řízení letu. Pro smysluplné využití dronu bude také nutné poněkud zvýšit množství nákladu. Do budoucna by badatelé také chtěli zajistit 24hodinový provoz. V tuto chvíli unese kromě své konstrukce zhruba 1,59 gramu. Pokud jde o možné využití, nabízejí se různé průzkumné, komunikační či záchranné mise. Velkou předností dronu budou minimální náklady a obtížná zjistitelnost, nevýhodou, alespoň zatím, je závislost na slunečním záření.

Video: This tiny solar-powered flyer weighs less than a paper plane

Literatura

New Atlas 19. 7. 2024.

Nature 631: 537–543.