Handgroße Drohne nutzt Solarenergie und bricht Rekorde

Eine handtellergroße chinesische Drohne hat die Aufmerksamkeit der Medien auf sich gezogen: Sie wiegt weniger als ein Blatt Papier und der innovative Antrieb ermöglicht es, so lange zu fliegen, wie sie Sonnenlicht erhält.

Die handgroße solarbetriebene Drohne CoulombFly. (Foto: Xinhua)

Die solarbetriebene Drohne wurde von Forschern der Beihang-Universität in Beijing entwickelt, die für ihre Expertise in der Luft- und Raumfahrtforschung bekannt ist. Die Mikro-Drohne ist nur ein Zehntel so groß wie das bisher kleinste solarbetriebene Flugzeug und wiegt nur ein 600stel davon.

Mikro-Flugzeuge haben eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, von der Umweltüberwachung bis hin zu Such- und Rettungseinsätzen. Sie können spezielle Aufgaben erfüllen, wie beispielsweise Bildaufnahmen machen, Objekte identifizieren und Gegenstände auf engem Raum transportieren. Die begrenzte Flugdauer stellte in der Vergangenheit jedoch ein erhebliches Hindernis dar.

Herkömmliche Mikro-Luftfahrzeuge verwenden elektromagnetische Motoren, um ihre Rotoren anzutreiben. Die kleinen Motoren überhitzen jedoch bei hohen Geschwindigkeiten, wodurch die Energieumwandlungseffizienz stark abnimmt. Natürliches Sonnenlicht könne eine potenzielle Alternative als Energiequelle sein, erklärte der leitende Forscher Qi Mingjing. Allerdings gelte, je kleiner eine Drohne, desto weniger Fläche bleibe für das Sammeln von Sonnenlicht.

In der Studie, welche am Donnerstag in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, stellte das Forscherteam fest, dass herkömmliche Fluggeräte, die weniger als zehn Gramm wiegen, nur bis zu zehn Minuten in der Luft bleiben können.

Um diese Effizienzprobleme zu überwinden, entwickelten Qi und seine Kollegen einen elektrostatischen Motor, der die Coulomb-Kraft – die Kraft zwischen elektrisch geladenen, ruhenden Teilchen – nutzt, um eine kontinuierliche Drehbewegung zu erzeugen. CoulombFly, der Name der Drohne, leitet sich von dem einzigartigen Motor ab.

Im Demonstrationsvideo der Forscher ist zu erkennen, dass der Motor einen Kreis aus elektrischen Ladungen erzeugt, der wiederum eine Drehkraft erzeugt, die ein einzelnes Blatt wie das eines Hubschraubers zum Drehen bringt.

Der Vorteil eines solchen Motors bestehe darin, dass er die Wärme effektiv reduzieren könne, erklärt der Co-Autor Peng Jinzhe.

„Das liegt daran, dass statische Elektrizität mit hoher Spannung, aber niedrigem Strom arbeitet“, so Peng. „Je niedriger der Strom, desto weniger Wärme wird erzeugt.“

Die Energieumwandlungseffizienz von Fluggeräten, die weniger als fünf Gramm wiegen und mit dieser statischen Elektrizität angetrieben werden, könnte laut der Studie das Zehnfache der Effizienz herkömmlicher elektromagnetischer Motoren betragen. Zudem ist für den gleichen Auftrieb weniger als ein Zehntel des Stromverbrauchs erforderlich.

Vor dem chinesischen Durchbruch veröffentlichten Forscher der Harvard University 2019 einen Artikel in der Zeitschrift „Nature“ über deren selbstentwickeltes Robobee-Flugzeug. Dies galt einst als Vorreiter im Bereich der Mikro-Flugzeuge. Es war jedoch auf eine künstliche Lichtquelle angewiesen, die der dreifachen Intensität des natürlichen Sonnenlichts entsprach, um dauerhaft fliegen zu können.

Der CoulombFly kann allein durch natürliches Licht fliegen, was einen bedeutenden Fortschritt darstellt.

Zukünftig solle die neue Drohnenmotortechnologie bei Rettungseinsätzen, der Erkennung von Engstellen und ähnlichen Szenarien zum Einsatz kommen.