Le drone ultra-léger innovant à énergie solaire de CoulombFly est capable de planer de manière autonome dans les airs grâce à sa conception de moteur électrostatique unique et à ses cellules solaires efficaces.
Mini drone solaire
Développement révolutionnaire
Groupe de scientifiques a présenté le drone innovant CoulombFly, capable de maintenir un vol autonome en présence de la lumière du soleil. La particularité de l'appareil réside dans sa conception, qui combine des photocellules, un convertisseur de tension et un moteur électrostatique qui entraîne l'hélice, comme un hélicoptère. Tous les éléments sont sélectionnés pour un équilibre optimal entre performances, poids et efficacité énergétique solaire.
Limitations et fonctionnalités
À ce stade, CoulombFly est un échantillon expérimental présentant un certain nombre de limitations. L'absence de système de contrôle embarqué lui permet de se déplacer uniquement passivement dans les courants d'air. Les composants du drone sont fragiles et fins. CoulombFly peut être considéré comme l'un des drones les plus légers au monde : son poids n'est que de 4,21 grammes. Les détails de l'étude ont été publiés dans la revue Nature.
Moteur d'innovation
Contrairement à la plupart des drones qui utilisent des moteurs électromagnétiques avec des bobines de métaux lourds, les créateurs de CoulombFly se sont concentrés sur le développement d'un moteur électrostatique léger. Son principe de fonctionnement repose sur l’attraction et la répulsion de charges électriques. La conception comprend un anneau intérieur de plaques chargées fixes (stator) en fine fibre de carbone recouverte d'aluminium. Pendant le fonctionnement, les plaques adjacentes ont des charges opposées. Il y a un anneau de 64 plaques mobiles autour du stator.
Principe de fonctionnement
Le moteur est activé lorsque les plaques de l'anneau extérieur sont chargées. Puisqu’il est garanti que l’une des plaques du stator les plus proches a la charge opposée, la rotation commence. Lorsque les plaques du stator et du rotor sont rapprochées le plus possible, de fins conducteurs assurent le contact, permettant la redistribution des charges. Cela garantit que les plaques du stator et du rotor reçoivent la même charge, transformant l’attraction en répulsion. Un tel système nécessite un courant minimal, mais nécessite une haute tension entre les plaques.
Spécifications
L'hélice de 10 cm de diamètre à 8 pales produit 5,8 g de portance, qui détermine les paramètres de conception des composants restants. Les cellules solaires sont constituées d'arséniure de gallium en couche mince, qui offre un rendement de conversion d'énergie élevé de 30 %, supérieur aux autres matériaux photovoltaïques. Les batteries génèrent un courant relativement élevé à basse tension, nécessitant l'utilisation d'un transformateur.
Efficacité énergétique et conception
Les concepteurs ont sacrifié l'efficacité pour la réduction du poids. La série créée de convertisseurs de tension pesant seulement 1,13 g augmente la tension de 4,5 V à 9,0 kV, mais le rendement de conversion n'est que de 24 %. La conception CoulombFly qui en résulte est un moteur cylindrique avec une hélice en haut et une plate-forme de cellules solaires en bas, équilibré par un convertisseur de puissance.
Tests et résultats
Le drone a été testé par une journée ensoleillée en le lançant depuis une fenêtre. Le drone a décollé et a plané pendant plus d’une heure, démontrant sa capacité à continuer à voler avec suffisamment de soleil. Pour maintenir le vol, il fallait 0,568 W de puissance. En prenant en compte la masse totale de 4,21 g, cela donne un rendement de 7,6 g/W. Cependant, une partie importante de l’énergie est perdue lors de la conversion de tension. Le moteur ne nécessite que 0,14 W, ce qui lui confère un rendement supérieur à 30 g/W. Le stock disponible vous permet d'ajouter des composants supplémentaires, comme un système de contrôle.
Version miniature
Une version miniature du design a également été créée avec une hauteur de seulement 8 mm et une masse de 9 mg, capable de générer 1 mW de puissance et de faire tourner la vis à une vitesse de plus de 15 000 tours par minute.
Glossaire
- CoulombFly est un drone ultra-léger innovant capable de survoler de manière autonome dans le air, alimenté par l’énergie solaire.
- Nature est une revue scientifique prestigieuse qui a publié l'étude CoulombFly.
- L'arséniure de gallium est un matériau semi-conducteur utilisé pour créer des cellules solaires hautement efficaces.
- Le moteur électrostatique est un type de moteur qui fonctionne sur le principe de l'attraction et de la répulsion des charges électriques.
- Le stator est la partie fixe d'un moteur électrique, constituée de plaques chargées.
Liens
Réponses aux questions
Qu'est-ce que CoulombFly et qu'est-ce qui le rend unique ?
Comment fonctionne le moteur électrostatique CoulombFly ?
Quelles sources d'énergie le drone utilise-t-il ?
Quelles sont les performances de CoulombFly ?
Quelles sont les perspectives de développement de la technologie CoulombFly ?
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Discussion sur le sujet – Drone révolutionnaire CoulombFly : vol solaire infini
Les chercheurs ont développé un drone ultra-léger innovant, CoulombFly, capable de fonctionner de manière autonome grâce à l'énergie solaire. La conception unique du drone combine des panneaux solaires, un convertisseur de tension et un moteur électrostatique, lui permettant de planer indéfiniment dans les airs en présence de la lumière du soleil.
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