Un drone solaire ne pèse que quatre grammes et vole pendant une heure

Eine geschlagene Stunde lang kann eine nur vier Gramm schwere solarbetriebene Mini-Drohne in der Luft schweben, ohne abzustürzen – vorausgesetzt, es scheint die Sonne. Das sei ein Rekord für Flugroboter dieser Größe, schreiben die chinesischen Erbauer von „CoulombFly“ in der Zeitschrift „Nature“. Flugroboter mit einem Gewicht von weniger als zehn Gramm hätten häufig eine Flugzeit von weniger als zehn Minuten, was die Anwendungsmöglichkeiten stark einschränkt.

Miniaturdrohnen verwenden häufig winzige elektromagnetische Motoren, deren Effizienz allerdings mit zunehmender Größe des Gefährts abnimmt. Ein Großteil der Energie geht dann als Wärme verloren. Auch hängen sie an einem Kabel, das sie mit einer Batterie verbindet. Sonnenlicht ist eine alternative Energiequelle, allerdings sind die derzeitigen solarbetriebenen Drohnen nicht in der Lage, mit Solarzellen, genug Strom zu erzeugen, um lange in der Luft zu bleiben. Insbesondere sinkt die Effizienz der Solarzellen, je kleiner sie sind.

Dieses Dilemma haben die Forscher um Mingjing Qi von der Universität Beihang in Peking bei der Konstruktion von CoulombFly durch ein besonderes Antriebssystem vermeiden können. Der Motor der Drohne besteht aus zwei ineinander geschachtelten, gut zehn Zentimeter breiten Ringen: einem inneren beweglichen Rotor und einem äußeren Stator aus 16 Elektroden. An den Elektroden sind Bürsten angebracht, die Kontakt mit den 64 Rotorblättern haben.

Une tension continue – générée par deux cellules solaires à la base du drone – génère des champs électriques qui entraînent le rotor. Pendant la rotation, les pales du rotor traversent les électrodes alternativement chargées positivement et négativement, générant ainsi un couple. L’hélice d’une envergure de 20 centimètres est solidement reliée au rotor. Cela donne au drone la portance nécessaire. Les chercheurs ont principalement utilisé la fibre de carbone et l’aluminium comme matériaux de construction.

Lorsqu’il est testé dans des conditions de lumière naturelle (voir vidéo) Le CoulombFly a décollé en une seconde et a volé pendant une heure sans perte significative de performances. Étant donné que le mini drone ne peut pas se manœuvrer tout seul, des tiges de guidage verticales sont nécessaires pour l’empêcher de dévier latéralement de sa trajectoire. Les chercheurs de Qi souhaitent équiper CoulombFly de stabilisateurs, voire de plusieurs hélices, qui devraient permettre le vol libre. Toutefois, la charge supplémentaire ne doit pas dépasser 1,5 gramme. Sinon CoulombFly ne pourra plus démarrer.