Trong lĩnh vực hàng không tự hành, một con số kỹ thuật mới vừa được ghi nhận đang mở ra khả năng bay kéo dài hơn cho các máy bay không người lái. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Hàng không Dân dụng Trung Hoa đã cải thiện đáng kể bộ thu năng lượng trên cánh của drone. Mục tiêu là chuyển đổi tia laser thành điện để sạc mà không cần dây dẫn hay pin vật lý truyền thống.
Tại sao vấn đề này lại quan trọng?
Drone hiện nay đang đóng vai trò then chốt trong nhiều lĩnh vực, từ nông nghiệp đến tìm kiếm cứu nạn. Tuy nhiên, giới hạn lớn nhất vẫn là tuổi thọ của hệ thống lưu trữ năng lượng. Trong các tình huống khẩn cấp hoặc khi làm việc ở vùng sâu vùng xa, khả năng tiếp cận điện nguồn hay hạ cánh thay pin có thể không thực tế.
Giải pháp sạc từ mặt đất lên máy bay đang trong lúc cất cánh chính là chìa khóa để giải phóng tiềm năng này của công nghệ drone. Nhưng truyền tải năng lượng bằng tia laser vào thiết bị di động luôn gặp thách thức lớn về độ ổn định và khoảng cách. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh được tính khả thi, nhưng hiệu quả chuyển đổi vẫn còn thấp so với nhu cầu thực tế.
Bí mật nằm ở vật liệu mới
Để khắc phục vấn đề này, nhóm chuyên gia gần đây tập trung vào việc thiết kế lại bộ thu năng lượng trên cánh máy bay. Thiết bị mới kết hợp giữa tế bào perovskite và các module nhiệt điện. Tế bào perovskite hoạt động như một tấm pin quang điện nhưng được tối ưu hóa để hấp thụ tia laser xanh lá cây thay vì ánh sáng mặt trời tự nhiên.
Phần còn lại là thiết bị nhiệt điện, tạo ra dòng điện nhờ chênh lệch nhiệt độ giữa hai bề mặt nóng và lạnh của nó. Kết hợp cả hai cơ chế này giúp tăng cường khả năng thu nhận công suất từ nguồn laser chiếu xuống. Đây không chỉ đơn thuần là tấm pin thông thường mà là một hệ thống lai phức tạp được tính toán kỹ lưỡng cho mục đích bay lơ lửng.
Giải pháp làm mát tinh vi
Một trở ngại lớn nhất của việc sử dụng tia laser chính là nhiệt lượng sinh ra khi truyền năng lượng vào thiết bị thu nhận. Nếu không kiểm soát tốt, bộ phận này có thể nóng lên tới 80-90 độ C trong thời gian ngắn. Nhiệt độ cao như vậy sẽ làm giảm hiệu suất chuyển đổi điện và thậm chí gây hư hỏng vật liệu linh kiện bên dưới.
Để giải quyết vấn đề, các nhà khoa học đã đưa tinh thể nano vào cấu trúc thiết kế bộ thu. Những hạt nhỏ xíu này đóng vai trò rào cản nhiệt, giúp kiểm soát sự truyền dẫn nhiệt qua lớp cảm biến mà không làm mất khả năng hấp thụ ánh sáng. Bên cạnh đó, họ còn đục rãnh khí bên dưới cánh của drone để tận dụng luồng gió từ cánh quạt thổi qua nhằm tản nhiệt hiệu quả hơn cho toàn bộ hệ thống điện trở.
Kết quả thực tế trong phòng thí nghiệm
Kết quả thử nghiệm mới nhất ghi nhận tỷ lệ chuyển đổi năng lượng đạt mức 38,49%. Con số này là một bước tiến quan trọng so với các phương pháp sạc không dây qua trung gian trước đây. Hiệu suất cao hơn đồng nghĩa với việc drone có thể bay được quãng đường xa hơn hoặc duy trì thời gian làm việc lâu hơn trong cùng điều kiện nguồn cung cấp laser.
Bước tiếp theo của nghiên cứu
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang chuẩn bị cho giai đoạn thử nghiệm ngoài trời thực tế dưới các điều kiện khí hậu đa dạng. Mục tiêu là kiểm chứng tính ổn định của bộ thu năng lượng khi drone di chuyển ở tốc độ cao và trong môi trường có nhiều vật cản quang học khác nhau. Dù còn những thách thức kỹ thuật cần vượt qua, thành quả này vẫn đánh dấu một cột mốc đáng chú ý cho ngành hàng không bền vững.
Công nghệ đang dần hướng tới việc lấy nguồn năng lượng sạch để phục vụ đời sống con người nhẹ nhàng và hiệu quả hơn. Chỉ với vài năm nữa, có thể các hệ thống drone sẽ tích hợp công nghệ sạc từ xa phổ biến rộng rãi trong nhiều ứng dụng thực tế mà chúng ta mong đợi ngày nay nhé!
Nguồn tin: New Atlas (thông qua EurekAlert/Cell Press)
Bình Luận