Pequenos drones movidos a energia solar poderão ficar no ar para sempre

Com informações a New Scientist - 24/07/2024

É a primeira vez que um microdrone consegue voar usando apenas luz solar natural.
[Imagem: Wei Shen et al. - 10.1038/s41586-024-07609-4]

Drones que não precisam pousar

Um robô aéreo alimentado por painéis solares não parece uma novidade tão chamativa, mas esta solução pode permitir que drones voem de modo virtualmente indefinido, sem precisarem pousar para recarregar ou serem reabastecidos.

Isto é possível porque o pequeno robô pesa meros 4 gramas e é alimentado por painéis solares também minúsculos, mas que são capazes de produzir tensões extremamente altas.

Embora o protótipo, do tamanho de um beija-flor, tenha demonstrado o conceito por apenas uma hora, Wei Shen e seus colegas da Universidade de Beihang, na China, dizem que sua abordagem pode resultar em drones do tamanho de insetos que poderão permanecer no ar indefinidamente.

Drones minúsculos são uma solução atraente para uma série de problemas de comunicação, vigilância e busca e salvamento, mas as baterias duram pouco demais para missões do mundo real, enquanto versões alimentadas por energia solar têm problemas para gerar energia suficiente apenas para manterem os robôs no ar.

Para superar essas dificuldades, Shen e seus colegas lançaram mão de duas inovações. Primeiro, eles desenvolveram um circuito simples que aumenta a tensão produzida pelos painéis solares para algo entre 6.000 e 9.000 volts. Segundo, em vez de usar um motor eletromagnético comum, como os dos carros elétricos, drones e vários robôs, a equipe usou um sistema de propulsão eletrostática para alimentar um rotor de 10 centímetros.

Testes de voo e controle do microdrone solar.
[Imagem: Wei Shen et al. - 10.1038/s41586-024-07609-4]

Motor eletrostático

O motor eletrostático funciona usando cargas elétricas para atrair e repelir alternadamente peças dispostas em anel, criando torque, que faz girar uma única pá do rotor, como um helicóptero. Isto exige uma alta tensão, mas a exigência na verdade se tornou um bônus, já que a corrente é reduzida, exigindo pouco da fiação e gerando perdas por calor muito baixas.

"A corrente operacional é extremamente baixa para a mesma potência, resultando em quase nenhum calor gerado pelo motor. A alta eficiência e o baixo consumo de energia do motor nos permitem alimentar o veículo com um painel solar muito pequeno," disse o professor Mingjing Qi. "Conseguimos fazer com que um microveículo aéreo voasse usando luz solar natural pela primeira vez. Antes disso, apenas aeronaves ultraleves muito grandes haviam conseguido isso."

Para garantir a leveza, os componentes são feitos com lascas finas de fibra de carbono cobertas por uma folha de alumínio também extremamente delicada.

A equipe está trabalhando tanto em versões maiores quanto menores.
[Imagem: Wei Shen et al. - 10.1038/s41586-024-07609-4]

Ampliar e miniaturizar

A máquina, batizada de CoulombFly, pesa apenas 4,21 gramas e conseguiu voar por 1 hora antes de apresentar uma falha mecânica. A equipe afirma já ter detectado os pontos fracos e saber como eliminá-los, e que as versões futuras serão efetivamente capazes de voar indefinidamente usando painéis solares durante o dia e, durante a noite, colhendo energia de sinais de rádio, como 4G e Wi-Fi.

O protótipo consegue transportar uma carga útil de 1,59 grama, o que restringe a operação a pequenos sensores ou câmeras. Mas os pesquisadores também afirmam que chegarão fácil aos 4 gramas, e versões de asa fixa poderiam carregar até 30 gramas.

Mas eles também estão apostando no caminho inverso, estando trabalhando atualmente em um CoulombFly com um rotor com menos de 1 centímetro de diâmetro.

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