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Científicos chinos diseñan el dron solar más pequeño y ligero del mundo: pesa solo 4.21 gr y puede volar indefinidamente mientras haya luz solar

18 julio, 2024 1 comentario

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Científicos en China han construido lo que afirman ser el vehículo aéreo solar más pequeño y ligero hasta la fecha. Es lo suficientemente pequeño como para caber en la palma de una mano, pesa menos de 5 gramos y puede volar indefinidamente mientras haya luz solar.

Vehículos aéreos micro (MAVs)

Los vehículos aéreos micro (MAVs) son aeronaves del tamaño de insectos y pájaros que podrían ser útiles para el reconocimiento y otras aplicaciones. Sin embargo, un problema importante que enfrentan actualmente es su limitado tiempo de vuelo, que generalmente es de unos 30 minutos. Los MAVs ultraligeros, que pesan menos de 10 gramos, a menudo solo pueden mantenerse en el aire durante menos de 10 minutos.

Una posible solución para mantener a los MAVs volando por más tiempo es alimentarlos con una fuente constante de energía, como la luz solar. Ahora, en un nuevo estudio, los investigadores han desarrollado lo que dicen es el primer MAV solar capaz de volar de manera sostenida.

CoulombFly: Un MAV Revolucionario

El nuevo MAV ultraligero, CoulombFly, pesa solo 4.21 gramos y tiene una envergadura de 20 centímetros. Es aproximadamente diez veces más pequeño y 600 veces más ligero que el anterior avión solar más pequeño, un cuadricóptero de 2 metros de ancho y 2.6 kilogramos.

El profesor Mingjing Qi, de la Universidad Beihang en Beijing, afirma: “Mi objetivo final es crear un vehículo volador súper pequeño, del tamaño y peso de un mosquito, con una envergadura de menos de 1 centímetro”. Qi y su equipo han desarrollado un prototipo de tal aeronave, que mide 8 milímetros de ancho y pesa 9 miligramos, “pero aún no puede volar con su propia energía. Creo que con el desarrollo continuo de la tecnología de microcircuitos, podemos lograrlo”.

Motores electroestáticos vs. Motores electromagnéticos

Los vehículos aéreos solares anteriores típicamente dependían de motores electromagnéticos, que utilizan electroimanes para generar movimiento. Sin embargo, cuanto más pequeño es un avión solar, menor es la superficie disponible para recoger luz solar, lo que reduce la cantidad de energía que puede generar. Además, la eficiencia de los motores electromagnéticos disminuye drásticamente a medida que los vehículos se reducen de tamaño debido a la mayor fricción y las pérdidas de energía.

En lugar de un motor electromagnético, CoulombFly emplea un motor electrostático, que produce movimiento utilizando campos electrostáticos. Los motores electrostáticos generalmente se usan como sensores en sistemas microelectromecánicos (MEMS), no para la propulsión aérea. No obstante, con una masa de solo 1.52 gramos, el motor electrostático utilizado en CoulombFly tiene una eficiencia de levantamiento a potencia dos o tres veces mayor que otros motores MAV.

Diseño y funcionamiento de CoulombFly

El motor electrostático de CoulombFly tiene dos anillos concéntricos. El anillo interior es un rotor giratorio con 64 láminas, cada una hecha de una hoja de fibra de carbono cubierta con papel de aluminio. El anillo exterior está equipado con ocho pares alternos de placas de electrodos positivos y negativos, también hechas de fibra de carbono cubierta con papel de aluminio. Cada placa tiene un borde con un cepillo de aluminio que toca las láminas del anillo interior.

Sobre el motor electrostático de CoulombFly hay una hélice de 20 centímetros de ancho conectada al rotor. Debajo del motor hay dos células solares de arseniuro de galio de película delgada de alta densidad de potencia, cada una de 4 por 6 centímetros, con una masa de 0.48 gramos y una eficiencia de conversión de energía de más del 30%.

La luz solar carga eléctricamente el anillo exterior de CoulombFly, y sus 16 placas generan campos eléctricos. Los cepillos en las placas del anillo exterior tocan el anillo interior, cargando eléctricamente las láminas del rotor. Los campos eléctricos de las placas del anillo exterior ejercen fuerza sobre las láminas del rotor cargadas, haciendo girar el anillo interior y la hélice.

Pruebas y aplicaciones futuras

En pruebas bajo condiciones de luz solar natural, aproximadamente 920 vatios por metro cuadrado, CoulombFly despegó exitosamente en un segundo y mantuvo el vuelo durante una hora sin deterioro en el rendimiento. Las aplicaciones potenciales para los MAVs solares pueden incluir el reconocimiento aéreo de larga distancia y duración, según los investigadores.

El sistema de propulsión de CoulombFly puede generar hasta 5.8 gramos de elevación. Esto significa que podría soportar una carga adicional de aproximadamente 1.59 gramos, suficiente para acomodar los sensores, controladores y cámaras más pequeños disponibles para futuras operaciones autónomas. Qi afirma: “Aún hay mucho espacio para mejorar cosas como los motores, las hélices y los circuitos, por lo que creemos que podemos aumentar la carga adicional hasta 4 gramos en el futuro. Si necesitamos aún más carga, podríamos cambiar a diseños de cuadricópteros o de ala fija, que pueden llevar hasta 30 gramos”.

Qi añade que «debería ser posible para el vehículo llevar una pequeña batería de ion-litio«. Esto significa que podría almacenar energía de sus paneles solares y volar incluso cuando no haya sol, posibilitando operaciones de 24 horas.

En el futuro, planean utilizar este sistema de propulsión en diferentes tipos de vehículos voladores, como de ala fija y de rotor.

Más información: www.nature.com

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Publicado en: Energía solar

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Comentarios

  1. Julio E Paz dice

    19 julio, 2024 a las 17:26

    porque no le ponen focos con sus respectivas placas, para que generen luz suficiente como para alimentarse con luz en la noche, ya que si. le colocan baterías se volvería más pesado

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