2024-11-23
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中國科研團(tuán)隊(duì)在微型無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域取得突破。重量僅為4.21克巴掌大小的太陽能動力微型無人機(jī),僅靠兩片微型太陽能電池就能驅(qū)動,能夠依靠自然光持續(xù)飛行。這項(xiàng)成果得益于自主研發(fā)的新型靜電電機(jī),創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了電能到動能的高效轉(zhuǎn)換。相關(guān)研究成果在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上發(fā)表。
僅有4.21克重量的微型太陽能驅(qū)動無人機(jī),比一張A4紙還要輕!其重量還包括了動力源、發(fā)動機(jī)和螺旋槳等所有零部件的重量。它可以在自然光強(qiáng)度的照射下實(shí)現(xiàn)發(fā)電、驅(qū)動、垂直飛行等動作,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動靠的是身邊最常見的“靜電”。
北京航空航天大學(xué)能源與動力工程學(xué)院博士彭謹(jǐn)哲介紹:“靜電電機(jī)其實(shí)是像燈籠一樣設(shè)計(jì),這周邊有一圈電極片,它是遵循了一個同性相斥、異性相吸的原則。相鄰的兩個電極片其實(shí)帶有的電荷是完全相反的,所以在中間運(yùn)動的電極片會被它右側(cè)的電極片所排斥、被左側(cè)的電極片吸引,最終形成一個升力,帶動整個裝置也就是太陽能電池、電路、電機(jī)和螺旋槳本身整個飛行器起飛?!?
北京航空航天大學(xué)能源與動力工程學(xué)院教授漆明凈介紹:“比如說我們梳頭的時候、脫毛衣的時候都會有大量的幾千伏、上萬伏的靜電,雖然電壓高但電流非常低,導(dǎo)致它對人體是無害的,這種特性其實(shí)意味著低功耗、高電壓,剛好就和我們實(shí)際的電機(jī)微型化面臨的困境和它未來需要發(fā)展的方向是吻合的?!?
北航團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新性地采用靜電驅(qū)動技術(shù),不僅減少了動力系統(tǒng)的熱量損耗,還通過一個輕量級的高壓電能變換器,將太陽能電池的電壓大幅提高,構(gòu)建出適合微型無人機(jī)的轉(zhuǎn)速低、發(fā)熱少、效率高的靜電系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)微型飛行器在純自然光供能下的起飛和持續(xù)飛行。
北京航空航天大學(xué)能源與動力工程學(xué)院教授漆明凈介紹:“我們?yōu)榱私o靜電電機(jī)提供一個8000伏的電壓,設(shè)計(jì)了一個超輕質(zhì)、高升壓比的電路,這個電路只有一克重量,但是可以把電壓從三四伏提升到八九千伏?!?
團(tuán)隊(duì)對無人機(jī)電機(jī)尺寸進(jìn)行極限“壓縮”,這個比一角錢硬幣直徑還小的螺旋槳也可以帶動無人機(jī)起飛飛行。專家表示,這種長航時太陽能微型無人機(jī)未來有望在應(yīng)急救援、狹小空間探測等多種場景中發(fā)揮作用,展現(xiàn)出廣闊的實(shí)用價值。
北京航空航天大學(xué)能源與動力工程學(xué)院博士彭謹(jǐn)哲稱:“我們希望能夠不斷減小它的尺寸,達(dá)到一個極限尺寸,未來可以把這種微型飛行器應(yīng)用于勘探、搜救活動中,實(shí)現(xiàn)信息交互。”