¿Y si un dron pudiera recargarse sin aterrizar? Un nuevo láser acerca esa posibilidad
Una hélice instalada en un ala impresa en tres dimensiones permaneció inmóvil hasta que un láser verde alcanzó el receptor situado debajo, comenzó a girar unos cinco segundos después y pasó de unas 1.200 a 1.450 revoluciones por minuto.
El movimiento se mantuvo cerca de un minuto y terminó cuando descendió la potencia, mientras otra prueba de laboratorio llevó una hélice de 6,7 centímetros hasta 7.820 revoluciones por minuto con una eficiencia de conversión del 38,49%.
Ese resultado intenta ampliar el tiempo de actividad de drones que suelen permanecer en el aire menos de una hora antes de aterrizar para recargar o sustituir la batería. La autonomía condiciona las inspecciones de infraestructuras y las operaciones de búsqueda y rescate, además de limitar los repartos a larga distancia, por lo que el sistema plantea enviar energía desde un transmisor terrestre o aéreo hacia una aeronave en movimiento.
Un receptor ligero transformó la luz en electricidad útil
Investigadores de la Universidad de Aviación Civil de China, en Tianjin, y la Universidad de Tsinghua, en Pekín, desarrollaron el prototipo descrito el 29 de julio en la revista Matter & Light. El receptor ocupa dos centímetros cuadrados, tiene un área activa de 12 milímetros cuadrados y resultó suficientemente ligero para colocarlo bajo el ala de un modelo fijo sin impedir que la electricidad generada alimentara su motor.
La capa superior utiliza una perovskita de bromuro de plomo y cesio, un material con elevada absorción que cuesta menos y requiere una fabricación menos compleja que otras opciones fotovoltaicas. Preparada para captar luz láser en vez de radiación solar, convierte los fotones en corriente, que pasa a un electrodo de carbono antes de llegar a una pieza termoeléctrica capaz de producir electricidad a partir de la diferencia térmica entre sus dos caras.
El electrodo también transformaba en calor la energía que la perovskita no aprovechaba, por lo que el receptor alcanzó 85,3 grados y perdió rendimiento bajo una iluminación intensa. Para proteger la capa activa, el equipo incorporó nanobarras de seleniuro de antimonio de entre 50 y 80 nanómetros, cuya baja conductividad frenó la transferencia térmica, redujo defectos en el material y facilitó el desplazamiento de la carga eléctrica.
El ala aprovechó el flujo de aire para mejorar el rendimiento
Los canales abiertos dentro del ala dirigieron aire hacia la cara fría del componente termoeléctrico, aumentaron la diferencia de temperatura y permitieron recuperar una parte mayor del calor residual.
Las simulaciones atribuyeron a esa estructura una mejor evacuación térmica, junto con mayor sustentación y menor resistencia aerodinámica, mientras la comparación experimental mostró 5.260 revoluciones por minuto con una célula convencional y 7.660 al incorporar únicamente el generador termoeléctrico.
Jianhua Han, profesor asociado de la Universidad de Aviación Civil de China y autor principal del estudio, explicó a IEEE Spectrum que el trabajo debía abordar la refrigeración dentro de una aeronave y su funcionamiento fuera de una mesa de laboratorio.
Ese propósito llevó al equipo a tratar el receptor, el ala y el flujo de aire como partes de un mismo sistema, porque “nuestro objetivo es lograr el vuelo del dron alimentado por láser”.
Los ensayos todavía dependen de condiciones muy controladas
La demostración no utilizó un aparato en vuelo ni eliminó la necesidad de baterías, de modo que sus resultados proceden de ensayos estacionarios con aire aplicado sobre la superficie. El viento natural, las variaciones de temperatura, la interferencia solar y las vibraciones pueden alterar el rendimiento, mientras los cambios de posición exigirán que el haz permanezca alineado con un receptor pequeño a medida que la aeronave avance.
Las pruebas previstas con un dron ligero en exteriores deberán resolver también el riesgo de que el láser alcance otro avión o un ser vivo situado en tierra. Otros grupos trabajan en sistemas de seguimiento y cortes de la emisión en milisegundos cuando un objeto cruza la trayectoria, una protección necesaria para que la energía enviada a distancia pueda pasar de mover una hélice fija a mantener una aeronave suspendida.