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CoulombFly，一架微型太陽能無人機的原型機 圖片來源：Wei Shen、Jinzhe Peng和Mingjing Qi
一架僅重4克的無人機是迄今為止最小的太陽能飛行器，這要歸功于其獨特的靜電電機和能輸出超高電壓的微型太陽能板。盡管該蜂鳥大小的原型機目前僅能飛行一小時，但其研發(fā)團隊表示，他們所使用的方法能夠最終讓昆蟲大小的無人機無限期在空中飛行。
微型無人機是對一系列通信、情報和搜索救援問題頗有吸引力的解決方法，但它們的應(yīng)用受限于較短的電池壽命，而太陽能無人機的發(fā)電量通常難以維持運行。
中國北京航空航天大學(xué)教授漆明凈表示，當太陽能無人機的體積縮小化時，其太陽能板會同時縮小，發(fā)電量也隨之減少。隨著更多能量被轉(zhuǎn)化為熱能，電動機的效率也降低了。
為了避免此遞減循環(huán)，漆明凈及其團隊成員開發(fā)了一個簡單電路，可將太陽能板輸出的電壓放大至6000至9000伏特。他們沒有使用其他電車、四軸飛行器和機器人常用的電磁機，而是用一個靜電推進系統(tǒng)以驅(qū)動10厘米的旋翼。
該電機的工作原理是吸引或排斥那些排成圓圈并交替攜帶正負電荷的組件，產(chǎn)生扭矩，使其旋翼葉片能夠像直升機一樣旋轉(zhuǎn)。這些重量極輕的組件由被精細鋁箔覆蓋著的超薄碳纖維片制成。它們的高電壓需求是其優(yōu)勢，因為當電流減少，熱損失也相應(yīng)降低。
這架被研究團隊命名為CoulombFly的無人機僅重4.21克，在發(fā)生機械故障前成功飛行了1小時。漆明凈說該無人機現(xiàn)存的薄弱點可以在后續(xù)設(shè)計中消除，未來版本將能夠無限期在空中飛行，通過白天使用太陽能板和夜間收集無線電信號，例如4G和無線網(wǎng)，以得到足夠能量。
CoulombFly能夠負載1.59克的有效載荷，這包含了可能的小型傳感器、計算機或者攝像頭。但研究團隊認為，通過設(shè)計上的更新，這一載荷將可能增加到4克，固定翼版本甚至可以負載高達30克的重量。目前還正在研發(fā)一種更小的、旋翼直徑小于1厘米版本的CoulombFly。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07609-4
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-6393-0.html可無限期飛行的微型太陽能無人機
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