I ricercatori della Queen Mary University di Londra hanno realizzato un prototipo di microveicolo aereo multirotore alimentato da energia fotovoltaica e in grado di volare per un tempo medio di 3,5 minuti.
Gli scienziati affermano che il loro micro drone è il più piccolo multirotore a ricarica solare mai sviluppato finora, con dimensioni di 0,15 m x 0,15 m e un peso di soli 0,071 kg.
Per il sistema fotovoltaico, il team di ricerca ha scelto celle solari con una potenza per unità di superficie di 219 W/m2, prodotte dalla statunitense Sunpower. E’ stato utilizzato un micro modulo con uno spessore di 0,000165 m, una massa di 0,0063 kg, una superficie di 0,0156 m2 e un’efficienza di conversione di potenza del 22,6%.
Per la tecnologia del drone, è stato utilizzato un quadcopter M:Tech disponibile in commercio con un consumo di energia elettrica di 3,57 W. “La potenza minima richiesta dal drone M:Tech in fase di hovering è pari a 2,59 volte la potenza fornita da questa cella solare teorica che soddisfa i requisiti di superficie del microveicolo aereo (MAV)”, hanno spiegato gli scienziati. “I fattori limitanti sono l’irraggiamento solare e l’efficienza di conversione dell’energia solare”.
Il team ha inoltre sottolineato che la superficie utilizzabile del quadcopter è troppo piccola per garantire un volo a energia solare senza accumulo di energia. “La superficie minima del pannello solare necessaria per un volo puramente a energia solare sarebbe di 0,128 m × 0,128 m”, hanno specificato. “Per far librare il Micro Solarcopter con la sola energia solare, avrà bisogno di circa 12W, quindi di una superficie di 0,234 m × 0,234 m, che è al di fuori della restrizione delle dimensioni del MAV”.
Il veicolo aereo integra anche un sistema di accumulo da 0,3 Ah basato su batterie ai polimeri di litio, un controllore di volo a 32 bit, un micromotore elettrico Nine Eagles P-51, un riduttore accoppiato a un’elica Turnigy Micro-quad, una telecamera per la visione in prima persona (FPV), due regolatori di tensione a commutazione, un convertitore buck-boost e un MOSFET per accendere e spegnere l’alimentazione della telecamera FPV. “Il MOSFET è stato posizionato strategicamente in modo da essere esposto al flusso d’aria del rotore durante il volo, garantendo un certo livello di raffreddamento”, ha dichiarato il team.
La batteria selezionata ha la migliore densità di potenza rispetto alle altre batterie candidate, mostrando anche una notevole densità di energia, potenza specifica ed energia specifica. “La batteria è pubblicizzata come capace di scaricarsi a 45-90 C”, ha dichiarato il gruppo. “Il Micro Solarcopter si aggira intorno ai 15 C di scarica con questa batteria”.
La batteria può anche entrare in modalità di ibernazione quando è completamente scarica per oltre 40 giorni. In questo modo, il veicolo aereo non utilizza l’elettricità della batteria durante i periodi di scarsa o nulla luce.
Attraverso una serie di test, i ricercatori hanno scoperto che il veicolo aereo solare può volare a oltre 15 metri di altezza per circa 3,5 minuti, “a seconda dell’impostazione definita per il taglio della tensione, che influisce direttamente sulla durata del ciclo della batteria”. La batteria può essere ricaricata in circa 68 minuti in condizioni di illuminazione standard a 25 C.
“Questo tempo di volo è breve se paragonato a quello dei MAV ad ala fissa, ma vicino ai dati di durata dei MAV multirotori, che si aggirano intorno ai 5 minuti”, spiegano ancora. “Il vantaggio, tuttavia, è che il Micro Solarcopter può atterrare, ibernarsi e ricaricare autonomamente la batteria senza dover tornare a una base”.
I risultati sono stati presentati nello studio “Development of a solar powered multirotor micro aerial vehicle”, pubblicato su Scientific Reports. In prospettiva, i ricercatori hanno dichiarato che intendono risolvere i problemi di ricarica del drone creando veicoli terrestri senza pilota in movimento che fungano da unità fotovoltaiche più grandi e che consentano una ricarica più rapida.
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