- 研究團隊開發激光充電技術，解決無人機電池壽命問題。
- 新技術使用鈣鈦礦激光電池，專為高功率激光設計。
- 研究人員設計雙層接收器以應對熱量阻擋挑戰。
- 實驗室測試顯示系統能有效轉換激光能量為電力。
研究人員正在開發一種在無人機飛行過程中通過激光束充電的方法，該激光束指向安裝在無人機機翼下的接收器。來自中國民航大學的團隊表示，這一進展解決了無人機電池壽命有限的問題，這是無人機技術面臨的最大挑戰之一。這種輕量接收器旨在捕捉來自地面激光的能量，並直接轉換為電能。值得注意的是，這項技術依賴於一種鈣鈦礦激光電池-熱電（PLC-TE）串聯裝置，這是一種經過改良的太陽能電池，專為吸收高功率激光束而設計，而非標準陽光。
中國民航大學的資深作者韓建華表示：“想象一個未來，無人機在檢查森林、監控災害或配送包裹時，無需頻繁降落以更換電池。”他補充道：“我們的工作展示了用光‘為飛機加油’的可能性，從 1 到 100 的轉變將需要解決許多工程挑戰，但我們希望這為未來的發展提供了一個起點。”
熱量阻擋挑戰
熱量阻擋的技術挑戰
長期以來，將無線電力傳輸到無人機似乎是不可能的，這是因為一個物理障礙：強烈的熱量。所需的高功率激光產生的飛行水平電力使小接收器迅速過熱，降低了效率並在可用能量交付之前融化了組件。首先，研究人員設計了一種雙層接收器，該接收器由鈣鈦礦激光電池與熱電發電機組成。上層捕捉激光光線並將其轉換為電能，而下層則收集廢熱以提取更多能量。在高功率激光測試中，熱像儀顯示出意想不到的温度高達 80-90°C（176-194°F）。
為了應對這一挑戰，研究人員在裝置中嵌入了熱阻擋納米晶體，作為熱障礙。接下來是有趣的部分：氣動整合。團隊並未將笨重的傳感器安裝在無人機上方，而是將超薄接收器隱藏在機翼下方，並在機身中雕刻定製的氣流通道。當無人機飛行時，湧動的風自然地通過機翼，為接收器的後部降温。接收器的後部相對於激光燒灼的前部越冷，熱電層產出的電力就越多。
韓建華表示：“之前的研究主要集中在材料或裝置本身，我們希望超越實驗室，考慮系統如何實際整合到飛行器中，在運行期間進行冷卻，並與飛行兼容。這不僅是材料科學問題；這是一個工程問題。”
能量轉換效率的現狀
能量轉換效率
在實驗室測試中，使用綠色激光束，該系統將 38.49%的入射激光能量轉換為可用電力。在靜止的概念驗證中，激光束為一個模型螺旋槳提供了動力。這是一個巨大的概念驗證，但在天空中進行激光傳輸成為商業現實之前，仍然存在重大問題。研究人員仍需在不可預測的户外環境中對該技術進行活躍的自由飛行測試。除了電力接收器本身外，工程師還必須建造快速跟蹤光學系統，能夠鎖定空中數英里的移動目標。
同時，必須確保高功率的綠色激光束不會意外致盲商業飛行員或切斷電纜。儘管如此，基礎已經搭建。如果我們可以通過牀頭充電板為手機充電，那麼天空也不應成為禁區。隨著一些工程創意和大量光線，永久飛行的時代可能終於就在眼前。
該研究於 7 月 29 日發表在《物質與光》期刊上。
激光充電技術的未來潛力
中國民航大學的研究團隊在無人機充電技術上取得了重要進展，這不僅能延長無人機的飛行時間，還可能改變無人機的應用場景。隨著激光充電技術的發展，無人機在檢查、監控及物流等領域的使用將變得更加高效。然而，技術的商業化仍面臨挑戰，包括在戶外環境中的穩定性及安全性問題。這項研究為未來無人機技術的發展奠定了基礎，並可能引領無人機技術的新時代。