Çin'in Beihang Üniversitesi ve Gelişmiş Hava Motoru Merkezi'ndeki araştırmacılar, sadece 4,21 g ağırlığında olan avuç içi büyüklüğünde minyatür bir rotorlu hava aracı olan CouloumbFly'ı tanıttı — yine de 20 cm'lik bir rotor çapına sahip, bu da onu karşılaştırılabilir diğer küçük güneş enerjili dronlardan yaklaşık 600 kat daha hafif hale getiriyor.
CouloumbFly, doğal güneş ışığı koşulları altında yapılan bağlı testlerde, bir saniye içinde havalandı ve mekanik bir arıza onu geri indirmeden önce güç azalması olmadan bir saatlik uçuşu başardı. Eğer süzülebilen kanatlı bir drone olsaydı bu çok da önemli bir şey değildi — ama bu tamamen kendi kaldırma kuvvetini üretmekten sorumlu minyatür bir helikopter ve bunu sadece güneş enerjisiyle başarmak olağanüstü bir başarı.
Olağanüstü VTOL dayanıklılığının anahtarı tahrik sistemidir: 0,44 g üst rotoru tahrik eden sadece 1,52 g ağırlığında delicesine hafif, sade bir elektrik motoru. Etkili bir şekilde, gövdenin dış kısmında asılı duran folyo kaplı tırnaklar elektrostatik motorun pozitif ve negatif stator plakaları, rotor ise stator plakalarının arkasında yer alan 64 adet daha ince dikey tırnaktan oluşan çit benzeri bir seridir.
Araştırmacılar, "Bir rotor kanadı bir elektrot plakasının fırçasına temas ettiğinde, rotor ile bir sonraki elektrot plakası arasında bir kapasitör oluşacak ve esas olarak rotor kanadının her seferinde aktarabileceği yük miktarını belirleyecektir" dedi. "Yüklü rotor kanadı elektrik alanında elektrostatik kuvvete maruz kalır ve bir sonraki elektrot plakasına doğru hareket eder. Rotor kanadı bir sonraki elektrot plakasından geçtiğinde, yük değişimi gerçekleşir ve rotor kanadının polaritesi ve elektrostatik alanın yönü aynı anda değişir, bu da tüm rotor üzerindeki tahrik torkunun elektrostatik motorun sürekli dönüşü için tutarlı kalmasını sağlar."
Hareket için manyetik alanlar yerine elektrostatik alanlardan yararlanan bu tür elektrostatik motorlar daha çok mikroelektromekanik sistemlerde (MEMS) sensör olarak kullanılıyor. Ancak manyetik bobinlerin ve rotorların tüm ağırlığını ortadan kaldırdıkları için bu uygulama için mükemmeldirler.
Üst rotor ve elektrostatik motor dışında çok az şey var. Drone'un tabanında her biri yaklaşık bir buçuk inç (4 cm) kare olan iki adet fısıltı inceliğinde güneş paneli bulunuyor. Bunlar güneş ışığı altında yaklaşık 4,5 volt üretiyor ve güneş panellerini dengelediğini görebileceğiniz 12 kademeli bir voltaj çarpanı ve transformatörden geçerek 4,5 V'u 9.000 V'a yaklaştırıyor ve ardından stator panellerine gönderiliyor. Geri kalanı temelde kürdan inceliğinde çerçeve çubukları ve üst rotorun oturması için bir şafttan ibaret.
Araştırmacılar, "Deneyde, araç üzerinde bir saat boyunca bir dayanıklılık testi gerçekleştirdik ve araç test boyunca sürekli uçuş halinde kaldı" dedi. "Sonraki deneysel sonuçlar elektrostatik motorun hala normal çalışabildiğini ve bir saatlik sürekli çalışmanın ardından performansın sabit kaldığını gösteriyor. Bu deney elektrostatik motorların mükemmel kararlılığını ve dayanıklılığını göstererek uzun ömürlü MAV'ların gelecekteki gelişimi için bir temel oluşturuyor."
Henüz geliştirmenin ilk aşamalarında olsa da, hava aracı nihayetinde farklı türde sürekli gözetleme, iletişim ve arama-kurtarma operasyonları için kullanılabilir.
Yine de bazı yükseltmelere ihtiyaç duyacaktır; bunların başında da bir çeşit uçuş kontrol sistemi gelmektedir. Araştırmacılar şimdi, küçük sensörler ve kontrolörlerle donatılabilmesi için minik dronun yükünü artırmayı umuyor (şu anda yalnızca yaklaşık 1,59 g ek yük taşıyabiliyor). Dahası, dronlar esasen o kadar küçük olacak ki mevcut teknolojiyle görülmeleri ya da takip edilmeleri zor olacak.
Bununla birlikte araştırmacılar, teknolojinin güneş ışığı mevcudiyeti ve nem ile ilgili sınırlamalarla karşı karşıya kalması nedeniyle gidilecek bir yol olduğunu kabul ediyorlar.
Mühendisler, "Gelecekte, araç şarj edilebilir piller ve güneş pillerinin bir kombinasyonu ile güçlendirilebilir ve potansiyel olarak 24 saat uçuş operasyonlarına olanak sağlayabilir" dedi. "Bu çözüm aynı zamanda aracın çevresel uyumluluğunu da artırarak düşük ışık yoğunluğunda ve hatta ışıksız koşullarda uçuşunu sürdürmesini sağlayabilir."
Araştırma Nature dergisinde yayımlandı.