Entre os vários sistemas dos drones modernos que estão maduros para a inovação, o armazenamento de energia se destaca como sem dúvida o componente mais crítico que precisa de uma atualização. Afinal, sem energia, o veículo é incapaz de voar e nada mais importa naquele momento. E devido à ineficiência relativa dos rotores giratórios em que os drones geralmente confiam para o vôo, esse ponto vem muito rapidamente. Como tal, são necessárias novas soluções para resolver esse problema. Sem inovação nessa área, as aplicações potenciais de drones continuarão limitadas àqueles que exigem apenas vôos curtos.
Sem tecnologias de bateria radicalmente diferentes aparentemente no horizonte, os pesquisadores se voltaram para microdrones leves em um esforço para manter os veículos aéreos no céu por mais tempo. Os microdrones geralmente usam métodos de voo mais eficientes, como asas batendo inspiradas na natureza. Para tornar isso possível em veículos ultra-pequenos, os microactuadores piezoelétricos são normalmente utilizados. Mas há uma captura – esses atuadores exigem dezenas a centenas de volts para operação, o que é muito mais do que uma bateria recarregável típica pode fornecer.
É claro que a tensão pode ser intensificada com indutores ou capacitores, mas isso acrescenta peso e quantity que um pouco de microdrona simplesmente não pode suportar. Como resultado, esses drones ainda raramente podem operar por mais de alguns minutos de cada vez, apesar do modo de operação mais eficiente. Esse peso further pode não ser mais necessário no futuro, no entanto, graças ao trabalho de uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego. Eles desenvolveram um novo tipo de Sistema de entrega de energia Isso pode fornecer tensões muito mais altas do que as baterias tradicionais sem {hardware} volumoso.
Um caminho mais inteligente para alimentar microdrones
A equipe de pesquisa desenvolveu uma configuração inovadora de circuito que utiliza baterias miniaturizadas de estado sólido. Essas baterias, conhecidas por sua alta densidade de energia, podem ser cortadas em várias unidades menores sem reduzir a densidade de energia de cada unidade. Ao incorporar o que os pesquisadores chamam de design de “bateria voadora”, o sistema pode alternar dinamicamente como as unidades de bateria individuais estão conectadas, adaptando-se em tempo actual às necessidades de energia do drone.
Uma foto do DIE do circuito integrado da equipe (📷 📷: Patrick Mercier)
Por exemplo, quando o microdrone requer alta tensão para alimentar seus atuadores piezoelétricos, o sistema conecta as baterias em série, empilhando suas tensões para atender à demanda. Quando menos energia é necessária, as baterias mudam para um arranjo paralelo para maximizar a eficiência do armazenamento de energia. Esse processo ocorre em milissegundos, eliminando a necessidade de grandes componentes passivos que, de outra forma, acrescentariam excesso de peso.
Continua indo e indo
Outra grande vantagem desse sistema é sua capacidade de recuperar e reciclar energia. O próprio microactador piezoelétrico pode funcionar como um capacitor, armazenar e liberar energia com eficiência. Quando o atuador descarrega, em vez de desperdiçar essa energia, o sistema a canaliza de volta às baterias de estado sólido através de um processo de recarga adiabática-semelhante à frenagem regenerativa em veículos elétricos.
Usando 18 unidades de bateria de um design comercial de bateria de estado sólido, os pesquisadores conseguiram gerar até 56,1 volts, mantendo a operação contínua por mais de 50 horas. Todo o sistema pesava apenas 1,8 gramas. Depois de incorporar baterias de estado sólido ainda menores e personalizadas no sistema, o peso complete foi reduzido para 14 miligramas muito impressionantes.
Com a equipe continuando a refinar seu design, o potencial de Microdrones desempenhar um papel maior em áreas como resposta a desastres, monitoramento ambiental e missões de busca e salvamento está crescendo. Em vez de serem limitados por horários de voo curtos, esses robôs minúsculos, porém poderosos, poderão operar em breve por períodos prolongados, expandindo significativamente sua utilidade em aplicativos do mundo actual.