L'innovativo drone ultraleggero a energia solare di CoulombFly è in grado di librarsi autonomamente nell'aria grazie al suo esclusivo design del motore elettrostatico e alle efficienti celle solari.
Mini drone solare
Sviluppo rivoluzionario
Gruppo di scienziati ha introdotto l’innovativo drone CoulombFly, capace di mantenere il volo autonomo in presenza di luce solare. L'unicità del dispositivo risiede nel suo design, che combina fotocellule, un convertitore di tensione e un motore elettrostatico che aziona l'elica, come un elicottero. Tutti gli elementi sono selezionati per l'equilibrio ottimale tra prestazioni, peso ed efficienza energetica solare.
Limitazioni e funzionalità
In questa fase, CoulombFly è un campione sperimentale con una serie di limitazioni. L'assenza di un sistema di controllo a bordo gli consente di muoversi solo passivamente attraverso le correnti d'aria. I componenti dei droni sono fragili e sottili. CoulombFly può essere considerato uno dei droni più leggeri al mondo: il suo peso è di soli 4,21 grammi. I dettagli dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Nature.
Motore dell'innovazione
A differenza della maggior parte dei droni che utilizzano motori elettromagnetici con bobine di metalli pesanti, i creatori di CoulombFly si sono concentrati sullo sviluppo di un motore elettrostatico leggero. Il suo principio di funzionamento si basa sull'attrazione e repulsione delle cariche elettriche. Il design prevede un anello interno di piastre cariche stazionarie (statore) realizzato in sottile fibra di carbonio rivestita in alluminio. Durante il funzionamento, le piastre adiacenti hanno cariche opposte. C'è un anello di 64 piastre mobili attorno allo statore.
Principio di funzionamento
Il motore viene attivato quando le piastre dell'anello esterno sono cariche. Poiché è garantito che una delle piastre dello statore più vicine abbia la carica opposta, inizia la rotazione. Quando le piastre dello statore e del rotore vengono avvicinate il più possibile, i conduttori sottili forniscono il contatto, consentendo la ridistribuzione delle cariche. Ciò garantisce che le piastre dello statore e del rotore ricevano la stessa carica, trasformando l'attrazione in repulsione. Un tale sistema richiede una corrente minima, ma necessita di alta tensione tra le piastre.
Specifiche
L'elica da 10 cm di diametro con 8 pale produce 5,8 g di portanza, che determina i parametri di progettazione per i restanti componenti. Le celle solari sono realizzate in film sottile di arseniuro di gallio, che fornisce un'elevata efficienza di conversione energetica del 30%, superiore ad altri materiali fotovoltaici. Le batterie generano una corrente relativamente elevata a bassa tensione, richiedendo l'uso di un trasformatore.
Efficienza energetica e design
I progettisti hanno sacrificato l'efficienza per la riduzione del peso. La serie creata di convertitori di tensione che pesano solo 1,13 g aumenta la tensione da 4,5 V a 9,0 kV, ma l'efficienza di conversione è solo del 24%. Il progetto CoulombFly risultante è un motore cilindrico con un'elica nella parte superiore e una piattaforma di celle solari nella parte inferiore, bilanciato da un convertitore di potenza.
Test e risultati
Il drone è stato testato in una giornata soleggiata lanciandolo da una finestra. Il drone è decollato ed è rimasto librato per più di un'ora, dimostrando la sua capacità di continuare a volare in condizioni di luce solare sufficiente. Per mantenere il volo erano necessari 0,568 W di potenza. Considerando la massa totale di 4,21 g, si ottiene un'efficienza di 7,6 g/W. Tuttavia, una parte significativa dell'energia viene persa durante la conversione della tensione. Il motore richiede solo 0,14 W, garantendo un'efficienza di oltre 30 g/W. Lo stock disponibile consente di aggiungere componenti aggiuntivi, come un sistema di controllo.
Versione in miniatura
È stata creata anche una versione in miniatura del disegno, che misura solo 8 mm di altezza e pesa 9 mg , in grado di generare 1 mW di potenza e far ruotare la vite a una velocità di oltre 15.000 giri al minuto.
Glossario
- CoulombFly è un innovativo drone ultraleggero in grado di librarsi autonomamente nell'aria aria, alimentato dall'energia solare.
- Nature è una prestigiosa rivista scientifica che ha pubblicato lo studio CoulombFly.
- L'arseniuro di gallio è un materiale semiconduttore utilizzato per creare celle solari altamente efficienti.
- Il motore elettrostatico è un tipo di motore che funziona secondo il principio di attrazione e repulsione delle cariche elettriche.
- Lo statore è la parte stazionaria di un motore elettrico, costituito da piastre cariche.
Collegamenti
Risposte alle domande
Cos'è CoulombFly e cosa lo rende unico?
Come funziona il motore elettrostatico CoulombFly?
Quali fonti di energia utilizza il drone?
Qual è la performance di CoulombFly?
Quali sono le prospettive di sviluppo della tecnologia CoulombFly?
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Discussione sull'argomento – Drone rivoluzionario CoulombFly: volo solare infinito
I ricercatori hanno sviluppato un innovativo drone ultraleggero, CoulombFly, in grado di funzionare in modo autonomo utilizzando l’energia solare. Il design unico del drone combina pannelli solari, un convertitore di tensione e un motore elettrostatico, permettendogli di librarsi nell'aria indefinitamente in presenza di luce solare.
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