El dron ultraligero de investigación puede funcionar de forma autónoma mientras brille el sol. Su forma difiere de todos los drones creados anteriormente.
Los investigadores han desarrollado el dron CoulombFly, que puede planear de forma autónoma a la luz del sol. El diseño del dron combina paneles solaresLos paneles solares están formados por un convertidor de voltaje y un motor electrostático que hace girar una hélice similar a la de un helicóptero. Todos los componentes están ajustados para equilibrar eficiencia, peso y luz solar.
Se trata de un prototipo que tiene muchas limitaciones. De momento no lleva ningún dispositivo de control, por lo que sólo puede ir a la deriva con el viento. Sus componentes son muy finos y frágiles. El CoulombFly es uno de los drones más ligeros, ya que sólo pesa 4,21 gramos. El estudio se describe en la revista Nature.
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La mayoría de los drones utilizan motores electromagnéticos, que incluyen muchas bobinas metálicas bastante pesadas. Los creadores de CoulombFly decidieron centrarse en desarrollar un motor electrostático ligero. Se basan en la atracción y repulsión de las cargas para alimentar el motor. Consta de un anillo interior de placas cargadas fijas llamado estator. Estas placas están hechas de una fina fibra de carbono recubierta de papel de aluminio. Durante el funcionamiento, las placas adyacentes tienen cargas opuestas. Alrededor del estator hay un anillo de 64 placas giratorias.
El motor se pone en marcha cuando las placas del anillo exterior están cargadas. Como se garantiza que una de las placas más cercanas del estator tenga carga opuesta, comenzará la rotación. Cuando las placas del estator y del rotor alcanzan su máxima convergencia, unos finos hilos hacen contacto, permitiendo que la carga se transfiera entre ellas. Esto garantiza que las placas del estator y del rotor reciban la misma carga, convirtiendo la atracción en repulsión. Este sistema requiere una corriente muy baja para funcionar, pero también un alto voltaje entre las placas.
Con una hélice de 10 cm de diámetro y 8 palas, el sistema produce una fuerza de elevación de 5,8 g. Esto determina las condiciones de diseño de todos los demás componentes.
Las células solares se fabricaron con una fina película de arseniuro de galio. Es mucho más caro que otros materiales fotovoltaicos, pero proporciona la máxima eficiencia de —30% de conversión de energía, frente a más del 20% de otros. Las baterías proporcionan una corriente relativamente alta pero un voltaje bajo — lo contrario de lo que se necesita. Por eso necesita un transformador.
Con éste, los investigadores sacrificaron eficiencia por ligereza. Han creado una serie de convertidores de tensión que pesa sólo 1,13 g, pero aumenta la tensión de 4,5 V a 9,0 kV. Pero la eficiencia de conversión de potencia es sólo del 24%. Como resultado, el diseño del CoulombFly está dominado por un motor cilíndrico coronado por una hélice. Debajo se suspende una plataforma con células solares en un lado, equilibrada por un convertidor de energía en el otro.
Para probar el dron, los investigadores simplemente abrieron una ventana en un día soleado. El dron despegó y planeó durante más de una hora, y todo indica que seguiría haciéndolo mientras la luz solar le proporcionara suficiente energía.
El sistema necesitó 0,568 vatios de potencia para mantenerse en el aire. Dada la masa total de 4,21 g, esto se traduce en una eficiencia de 7,6 g/W. Pero gran parte de esta energía se pierde durante la conversión de voltaje. El motor sólo necesita 0,14 W, lo que le da una eficiencia de más de 30 g/W. Queda algo de margen para añadir otros componentes, como el sistema de control.
También se ha creado una versión en miniatura del diseño, de sólo 8 mm de altura y 9 mg de peso, capaz de generar 1 mW de potencia, que gira a más de 15.000 rpm.
Fuente: Ars Technica