يمكن للطائرات بدون طيار الصغيرة التي تعمل بالطاقة الشمسية أن تبقى في الهواء إلى الأبد

تعد الطائرة بدون طيار التي تزن 4 جرامات فقط أصغر مركبة جوية تعمل بالطاقة الشمسية تطير حتى الآن، وذلك بفضل محركها الكهروستاتيكي غير العادي وألواحها الشمسية الصغيرة التي تنتج جهدًا كهربائيًا عاليًا للغاية. وعلى الرغم من أن النموذج الأولي الذي يبلغ حجمه حجم الطائر الطنان يعمل لمدة ساعة فقط، إلا أن صانعيه يقولون إن نهجهم قد يؤدي إلى طائرات بدون طيار بحجم الحشرات يمكنها البقاء في الهواء إلى أجل غير مسمى.

تعد الطائرات بدون طيار الصغيرة حلاً جذابًا لمجموعة من مشكلات الاتصالات والتجسس والبحث والإنقاذ، ولكن يعوقها ضعف عمر البطارية، في حين تكافح الإصدارات التي تعمل بالطاقة الشمسية لتوليد طاقة كافية للحفاظ على نفسها.

يقول مينغجينغ تشي Mingjing Qi من جامعة Beihang في الصين، إنه عندما تقوم بتصغير الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية، فإن ألواحها الشمسية تتقلص، مما يقلل من كمية الطاقة المتاحة. ويقول إن كفاءة المحركات الكهربائية تنخفض أيضًا مع فقدان المزيد من الطاقة للحرارة.

لتجنب هذه الدورة المتناقصة، طور تشي وزملاؤه دائرة بسيطة تعمل على زيادة الجهد الناتج عن الألواح الشمسية إلى ما بين 6000 و9000 فولت. فبدلاً من استخدام محرك كهرومغناطيسي مثل ذلك الموجود في السيارات الكهربائية، والطائرات الرباعية، والروبوتات المختلفة، استخدموا نظام دفع كهروستاتيكي لتشغيل دوار يبلغ طوله 10 سنتيمترات.

يعمل هذا المحرك عن طريق جذب وطرد المكونات المتناوبة بشحنات كهربائية مرتبة في حلقة، مما يؤدي إلى توليد عزم الدوران، الذي يدور شفرة دوارة واحدة مثل المروحية. المكونات خفيفة الوزن مصنوعة من شرائح رقيقة من ألياف الكربون مغطاة برقائق الألومنيوم الدقيقة للغاية. تعد متطلبات الجهد العالي الخاصة بهم بمثابة مكافأة في الواقع، حيث يتم تقليل التيار، مما يؤدي إلى فقد منخفض جدًا للحرارة.

“تتيار التشغيل منخفض للغاية بالنسبة لنفس خرج الطاقة، مما يؤدي إلى عدم توليد أي حرارة تقريبًا بواسطة المحرك. يقول تشي: “إن الكفاءة العالية والاستهلاك المنخفض للطاقة للمحرك يسمحان لنا بتزويد السيارة بالطاقة بلوحة شمسية صغيرة جدًا”. “لقد تمكنا من الحصول على مركبة جوية صغيرة تطير باستخدام ضوء الشمس الطبيعي لأول مرة. وقبل ذلك، لم يكن بإمكان سوى الطائرات الكبيرة والخفيفة جدًا تحقيق ذلك.

وتزن آلة الباحثين، التي يطلقون عليها اسم CoulombFly، 4.21 جرامًا فقط، وتمكنت من الطيران لمدة ساعة واحدة قبل أن تتعطل ميكانيكيًا. يقول تشي إنه يمكن تصميم نقاط الضعف هذه، وستكون الإصدارات المستقبلية قادرة بشكل فعال على الطيران إلى أجل غير مسمى باستخدام الألواح الشمسية في النهار وجمع إشارات الراديو، مثل 4G وWi-Fi، للحصول على الطاقة ليلاً.

CoulombFly قادر على حمل حمولة تبلغ 1.59 جرامًا، مما قد يسمح بأجهزة استشعار صغيرة أو أجهزة كمبيوتر أو كاميرات. ولكن مع التصميمات المحسنة، يعتقد الباحثون أنه يمكن زيادة هذا الوزن إلى 4 جرامات، ويمكن للإصدارات ذات الأجنحة الثابتة أن تحمل ما يصل إلى 30 جرامًا. ويجري العمل أيضًا لإنشاء نسخة أصغر من CoulombFly تحتوي على دوار يقل قطره عن سنتيمتر واحد.