นักวิจัยจีนพัฒนาตัวรับพลังงานแบบใหม่ ช่วยให้ โดรนชาร์จไฟด้วยเลเซอร์ กลางอากาศได้จริง แปลงพลังงานสูงถึง 38.49% แก้ปัญหาแบตเตอรี่หมดเร็ว
ทุกวันนี้ โดรนได้เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งในชีวิตประจำวันและภาคอุตสาหกรรมยุคใหม่ไปแล้ว ไม่ว่าจะเป็นการสำรวจพืชผลทางการเกษตร การตรวจสภาพป่าไม้ พ่นปุ๋ย ตรวจสอบโครงสร้างสะพาน งานค้นหาและกู้ภัย ไปจนถึงภารกิจทางทหาร
แต่ไม่ว่าเทคโนโลยีจะก้าวหน้าไปมากเพียงใด จุดอ่อนสำคัญที่สุดที่โดรนทุกตัวต้องเผชิญเหมือนกันหมดก็คือระยะเวลาการใช้งานของแบตเตอรี่ เพราะในหลายสถานการณ์ การนำโดรนลงมาจอดเพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่นั้น อาจเจอทั้งเสี่ยงอันตราย และบางสถานการณ์ก็ทำไม่ได้ครับ ด้วยเหตุนี้ จึงเกิดแนวคิดที่จะพัฒนา โดรนชาร์จไฟด้วยเลเซอร์ แบบไร้สายกลางอากาศ
สิ่งหนึ่งที่ต้องยอมรับคือ ไอเดียการส่งพลังงานผ่านอากาศด้วยแสงเลเซอร์ไม่ใช่เรื่องใหม่ ย้อนกลับไปเมื่อ 3 ปีก่อน เคยมีการทดสอบใช้ลำแสงเลเซอร์ยิงส่งพลังงานให้โดรนแบบสี่ใบพัด บินค้างฟ้าได้แบบไม่จำกัดเวลามาแล้ว ซึ่งพิสูจน์ว่าแนวคิดนี้ทำได้จริง แต่รุ่นต้นแบบในตอนนั้นยังมีข้อจำกัดเรื่องประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน
ต่อมาในช่วงต้นปีที่ผ่านมา ทีมวิจัยอีกทีมก็ได้พัฒนาระบบการยิงเลเซอร์ให้ส่งพลังงานได้ไกลขึ้น ในระดับความสูงที่มากขึ้น พร้อมพัฒนาระบบติดตามโดรนที่กำลังเคลื่อนที่ ได้อย่างแม่นยำ
ล่าสุด ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยการบินพลเรือนแห่งประเทศจีน ได้เจาะลึกไปที่จุดอ่อนสุดท้ายที่สำคัญที่สุด นั่นคือ ประสิทธิภาพของตัวรับพลังงานบนตัวโดรน
ทีมงานได้ออกแบบตัวรับพลังงานน้ำหนักเบาสำเร็จ โดยผสมผสาน เพอรอฟสไกต์เลเซอร์เซลล์ (Perovskite Laser Cell) เข้ากับอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริก (Thermoelectric Device)
– เพอรอฟสไกต์เลเซอร์เซลล์ จะทำหน้าที่คล้ายแผงโซลาร์เซลล์ แต่นำมาปรับแต่งให้ดักจับพลังงานจากลำแสงเลเซอร์โดยเฉพาะเพื่อเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า
ส่วนอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริก ทำหน้าที่เปลี่ยนความร้อน ให้กลายเป็นไฟฟ้าเสริม โดยยิ่งมีความต่างของอุณหภูมิระหว่างฝั่งร้อนกับฝั่งเย็นมากเท่าไร ก็ยิ่งสร้างไฟฟ้าได้มากขึ้นเท่านั้น
ความท้าทายใหญ่ของการยิงเลเซอร์ใส่โดรน คือลำแสงความเข้มสูงจะทำให้ตัวรับพลังงานร้อนฉ่าทะลุ 80–90 องศาเซลเซียส ซึ่งนอกจากจะลดประสิทธิภาพการชาร์จแล้ว ยังเสี่ยงทำให้ตัวโดรนพังเสียหายได้ด้วย
เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยจึงได้เติม นาโนคริสตัล เข้าไปในตัวรับพลังงานเพื่อทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันความร้อน เนื่องจากนาโนคริสตัลนำความร้อนได้ไม่ดี จึงช่วยชะลอการส่งผ่านความร้อน ไม่ให้อุปกรณ์ร้อนเร็วเกินไป
นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังได้ติดตั้งตัวรับพลังงานไว้ใต้ปีกโดรน พร้อมฉลุช่องทางเดินอากาศผ่านตัวปีก เมื่อยิงเลเซอร์สีเขียวเข้าใส่ ตัวรับพลังงานจะผลิตไฟฟ้าได้มากพอที่จะหมุนใบพัดโดรนได้ทันที ขณะเดียวกัน กระแสลมที่เกิดจากการหมุนของใบพัดและลมที่ไหลผ่านปีก ก็จะช่วยระบายความร้อนให้กับชั้นเทอร์โมอิเล็กทริกไปในตัว
ผลลัพธ์ที่ได้ออกมานั้นน่าสนใจครับ เพราะตัวรับพลังงานนี้สามารถเปลี่ยนพลังงานจากแสงเลเซอร์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้สูงถึง 38.49% ซึ่งถือเป็นตัวเลขที่สูงเป็นประวัติการณ์สำหรับระบบชาร์จประเภทนี้ โดยงานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับโลกอย่าง Matter & Light แล้ว
การพัฒนาเทคโนโลยี โดรนชาร์จไฟด้วยเลเซอร์ ในครั้งนี้ ถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญของอุตสาหกรรมโดรน สำหรับผู้ใช้งานทั่วไปและภาคธุรกิจ ในอนาคตเราอาจได้เห็นโดรนจัดส่งพัสดุ ที่สามารถบินทำงานต่อเนื่องได้ทั้งวันโดยไม่ต้องกลับฐานมาเปลี่ยนแบตเตอรี่
ส่วนในภาคการเกษตรและการสำรวจภัยพิบัติ เจ้าหน้าที่จะสามารถปฏิบัติการกู้ภัยและเฝ้าระวังพื้นที่เสี่ยงภัยได้แบบ Real-time ยาวนานหลายวันโดยไม่ขาดช่วง แม้ว่าในปัจจุบันเทคโนโลยีนี้จะยังอยู่ในขั้นตอนการทดสอบในห้องปฏิบัติการและต้องพัฒนาระบบติดตามขณะบินจริงกลางแจ้งต่อไป แต่ก็แสดงให้เห็นว่าขีดจำกัดเดิมๆ ด้านแบตเตอรี่กำลังจะหมดไป
ที่มา
