این فناوری با استفاده از لایههای خنککننده و کانالهای هوا، از داغشدن بیش از حد دستگاه جلوگیری میکند و بازدهی بالایی در تبدیل انرژی دارد.
پژوهشگران دانشگاه صنعتی هوانوردی غیرنظامی چین با الهام از فناوری سلولهای خورشیدی، یک گیرنده سبکوزن ساختهاند که میتواند با تبدیل انرژی لیزر به برق، پهپادها را در حین پرواز شارژ کند. این فناوری که در مجله مَتِر اند لایت/ Matter & Light معرفی شده، این امکان را برای پهپادها فراهم میکند که بدون نیاز به فرود مکرر برای تعویض باتری، مأموریتهای طولانیمدت مانند بازرسی جنگلها، نظارت بر بلایای طبیعی و تحویل بستهها را انجام دهند.
جیانهوا هان (Jianhua Han)، نویسنده ارشد این مطالعه، میگوید: آیندهای را تصور کنید که در آن پهپادها بدون نیاز به فرود مکرر برای تعویض باتری، جنگلها را بازرسی کنند، بلایای طبیعی را پایش کنند یا بستهها را تحویل دهند. عمر باتری یکی از بزرگترین موانع برای مأموریتهای طولانیمدت پهپادهاست. سلول لیزری طراحیشده برای مدیریت گرما
این فناوری بر پایه یک دستگاه ترکیبی به نام سلول لیزری پروسکایت-ترموالکتریک (PLC-TE) استوار است که نوعی سلول خورشیدی است اما برای لیزر بهینهسازی شده است. لایه پروسکایت (نوعی ماده پیشرفته برای جذب نور) انرژی لیزر را به برق تبدیل میکند، در حالی که لایه ترموالکتریک (مادهای که از اختلاف دما برق تولید میکند) انرژی گرمایی را که در غیر این صورت هدر میرفت، جذب و به برق تبدیل میکند. هرچه اختلاف دما بین سمت گرم (روبهروی لیزر) و سمت سرد بیشتر باشد، لایه ترموالکتریک، برق بیشتری تولید میکند.
اما لیزرهای قدرتمند، دستگاه را بهشدت گرم میکنند و بازدهی آن را کاهش میدهند. هان توضیح میدهد: هنگامی که دستگاه را زیر لیزر پرقدرت آزمایش کردیم، دوربین حرارتی دمای ۸۰ تا ۹۰ درجه سانتیگراد را نشان داد. این بسیار بیشتر از حد انتظار ما بود و متوجه شدیم که تجمع گرما مشکلی جدیتر از آن چیزی است که تصور میکردیم. خنکسازی گیرنده در محل
برای جلوگیری از داغشدن بیش از حد دستگاه، پژوهشگران نانوکریستالهای خاصی (کریستالهای بسیار ریز که در مقیاس نانو ساخته میشوند) را در سلول لیزری پروسکایت-ترموالکتریک تعبیه کردند. این نانوکریستالها رسانایی گرمایی ضعیفی دارند و بهعنوان یک سد حرارتی عمل میکنند و با کندکردن جریان گرما به دستگاه کمک میکنند که عملکرد خود را در طول قرارگیری طولانیمدت در معرض لیزر حفظ کند.
این سامانه تحت تابش لیزر سبز (نوعی پرتو لیزر با نور سبز که برای این سلولها بهینه است)، نزدیک به ۳۸٫۵ درصد از انرژی دریافتی را به برق تبدیل کرد که یکی از بالاترین بازدهیهای گزارششده برای این نوع فناوری در شرایط مشابه است. پژوهشگران همچنین دستگاه را زیر بال یک مدل پهپاد ساکن نصب کردند و برای خنککردن دستگاه، در بال پهپاد راههایی برای عبور هوا تعبیه کردند. تابش لیزر سبز به دستگاه، پره ملخ مدل را با موفقیت به حرکت درآورد. علاوه بر این، جریان هوا، سمت سرد لایه ترموالکتریک را بیشتر خنک کرد و عملکرد کلی دستگاه را بهبود بخشید. از مدل آزمایشگاهی تا پرواز واقعی
این دستگاه هنوز به پرواز درنیامده است. آزمایش بعدی آن سوار بر یک پهپاد سبکوزن انجام خواهد شد تا ثابت کند که میتواند در فضای باز عملکردی ایمن داشته باشد. پژوهشگران همچنین باید به این موضوع فکر کنند که چگونه پهپادهای در حال حرکت را با پرتوهای لیزر بهطور دقیق ردیابی کنند و چگونه ایمنی این فناوری را تضمین نمایند.
هان در پایان تأکید میکند: کار ما امکان سوخترسانی به هواگردها با نور را نشان میدهد. حرکت از مرحله ۱ به ۱۰۰ نیازمند حل چالشهای مهندسی بسیاری است، اما امیدواریم این پژوهش نقطه آغازی برای توسعه آینده باشد.
