UAV CoulombFly tí hon chạy bằng nguồn năng lượng vô tận

Một máy bay không người lái (UAV/drone) tí hon, cỡ lòng bàn tay và nặng chưa bằng một tờ giấy, đã thu hút sự chú ý của giới truyền thông trong tuần này, Tân hoa xã (Xinhua) đưa tin hôm 20/7.

Nhỏ bé nhưng mạnh mẽ, chiếc UAV này có thể bay liên tục miễn là nhận được nguồn năng lượng vô hạn từ ánh sáng mặt trời nhờ vào một động cơ cải tiến.

UAV chạy bằng năng lượng mặt trời được thiết kế bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Beihang ở Bắc Kinh, nổi tiếng với chuyên môn về nghiên cứu hàng không và du hành vũ trụ, Xinhua cho biết.

Điểm nổi bật của chiếc drone này là kích thước và trọng lượng của nó hiện chỉ bằng 1/10 và 1/600 so với các máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời nhỏ nhất và nhẹ nhất thế giới trước đây.

UAV tí hon có rất nhiều ứng dụng, từ giám sát môi trường đến tìm kiếm và cứu hộ, khiến chúng trở thành một công cụ linh hoạt.

Chúng có thể thực hiện các nhiệm vụ chuyên biệt như chụp ảnh, phát hiện vật thể và vận chuyển vật phẩm trong không gian hạn chế. Tuy nhiên, thời gian bay hạn chế đặt ra trở ngại đáng kể cho tính hữu dụng của drone tí hon.

Một UAV chạy bằng năng lượng mặt trời cỡ lòng bàn tay được thiết kế bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Beihang ở Bắc Kinh, Trung Quốc. Ảnh: Xinhua

Máy bay siêu nhỏ truyền thống sử dụng động cơ điện từ để cung cấp năng lượng cho cánh quạt của chúng. Tuy nhiên, một vấn đề lớn luôn nảy sinh khi động cơ nhỏ quá nóng ở tốc độ cao, khiến hiệu suất chuyển đổi năng lượng giảm mạnh.

Ánh sáng mặt trời tự nhiên có thể là một nguồn năng lượng thay thế tiềm năng, nhưng UAV càng nhỏ thì diện tích bề mặt để thu thập ánh sáng mặt trời càng ít, điều này cuối cùng có thể tạo ra một lượng năng lượng hạn chế, trưởng nhóm nghiên cứu Qi Mingjing giải thích.

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature hôm 18/7, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng theo truyền thống, những máy bay có trọng lượng dưới 10 gram chỉ có thể bay trên cao tối đa 10 phút.

Để vượt qua những thách thức về mặt hiệu quả, ông Qi và các đồng nghiệp đã phát triển một động cơ tĩnh điện sử dụng lực tĩnh điện (lực Coulomb) – lực giữa các hạt tích điện ở trạng thái đứng yên, để tạo ra chuyển động quay liên tục. Tên của máy bay không người lái CoulombFly cũng xuất phát từ động cơ độc đáo này.

Một video trình diễn do các nhà nghiên cứu trình bày cho thấy động cơ hoạt động bằng cách tạo ra một vòng tròn điện tích, tạo ra lực xoắn để làm cho một cánh quạt quay giống như trên máy bay trực thăng.

Ưu điểm của động cơ như vậy là nó có thể giảm nhiệt hiệu quả, đồng tác giả Peng Jinzhe cho biết. "Điều này là do tĩnh điện hoạt động ở điện áp cao và dòng điện thấp. Dòng điện càng thấp thì nó tạo ra càng ít nhiệt".

Theo nghiên cứu, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các máy bay có trọng lượng dưới 5 gram và chạy bằng tĩnh điện như vậy có thể vượt quá 10 lần so với động cơ điện từ truyền thống, với mức tiêu thụ điện năng ít hơn 1/10 cần thiết cho cùng một lần nâng vật.

Trước bước đột phá với UAV CoulombFly, các nhà nghiên cứu của Đại học Harvard đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Nature vào năm 2019 giới thiệu máy bay Robobee mà họ phát triển, từng được coi là cấp độ cao nhất trong lĩnh vực máy bay siêu nhỏ.

Tuy nhiên, Robobee dựa vào nguồn ánh sáng nhân tạo, tương đương với cường độ gấp 3 lần ánh sáng mặt trời tự nhiên để duy trì chuyến bay.

Trong khi đó, các nhà nghiên cứu cho biết máy bay không người lái mới CoulombFly có thể tiến hành chuyến bay liên tục chỉ dựa vào ánh sáng tự nhiên – thể hiện một bước nhảy vọt đáng kể.

Sau khi phát triển hơn nữa, công nghệ động cơ máy bay không người lái mới dự kiến sẽ được áp dụng trong các hoạt động cứu hộ khẩn cấp, phát hiện không gian hẹp và các tình huống tương tự khác, Giáo sư Yan Xiaojun, một trong những nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu, cho biết.

Minh Đức (Theo Xinhua)