أصبحت طائرة بدون طيار تزن 4 جرامات فقط أصغر مركبة جوية تعمل بالطاقة الشمسية، وذلك بفضل محركها الكهروستاتيكي المبتكر والألواح الشمسية المصغرة التي تولد فولتية عالية للغاية. وعلى الرغم من أن النموذج الأولي بحجم الطائر الطنان طار لمدة ساعة فقط، إلا أن مبتكريه يعتقدون أن طريقتهم قد تؤدي إلى طائرات بدون طيار بحجم الحشرات قادرة على الطيران إلى أجل غير مسمى.
تم تصميم الطائرة التي تعمل بالطاقة الشمسية من قبل باحثين في جامعة بيهانج في بكين، والمعروفين بخبرتهم في الأبحاث المتعلقة بالطيران والفضاء. ويبلغ حجم ووزن الطائرة الآن 1/10 و1/600 فقط من أصغر وأخف طائرة تعمل بالطاقة الشمسية في العالم سابقًا، على التوالي.
تتمتع المركبات الجوية الصغيرة بالعديد من التطبيقات، بدءًا من مراقبة البيئة إلى البحث والإنقاذ، مما يجعلها أدوات متعددة الاستخدامات. يمكنها أداء مهام متخصصة مثل التقاط الصور، واكتشاف الأجسام، ونقل العناصر في الأماكن الضيقة. ومع ذلك، فإن مدة الطيران المحدودة تشكل عقبة كبيرة أمام فائدتها.
تستخدم المركبات الجوية الصغيرة التقليدية محركات كهرومغناطيسية لتشغيل دواراتها. ومع ذلك، تنشأ دائمًا مشكلة كبيرة عندما ترتفع درجة حرارة المحرك الصغير عند السرعات العالية، مما يتسبب في انخفاض حاد في كفاءة تحويل الطاقة. يمكن أن يكون ضوء الشمس الطبيعي بديلاً محتملاً كمصدر للطاقة، ولكن كلما صغر حجم الطائرة بدون طيار، قلت مساحة السطح التي يتعين عليها جمع ضوء الشمس فيها، مما قد يؤدي في النهاية إلى توليد كمية محدودة من الطاقة، كما أوضح الباحث الرئيسي تشي مينغجينج.
وفي الدراسة التي نشرت في مجلة “نيتشر” يوم الخميس، سلط فريق البحث الضوء على أنه تقليديا، لا تستطيع الآلات الطائرة التي يقل وزنها عن 10 جرامات البقاء في الهواء لأكثر من 10 دقائق
وللتغلب على تحديات الكفاءة، طور تشي وزملاؤه محركًا كهروستاتيكيًا يستخدم قوة كولومب، وهي القوة بين الجسيمات المشحونة كهربائيًا في حالة السكون، لتوليد حركة دورانية مستمرة. ويأتي اسم الطائرة بدون طيار، CoulombFly، أيضًا من هذا المحرك الفريد.
وأظهر مقطع فيديو توضيحي قدمه الباحثون أن المحرك يعمل عن طريق إنشاء دائرة من الشحنات الكهربائية، ما يولد قوة التواء تجعل شفرة واحدة تدور مثل تلك الموجودة في طائرة الهليكوبتر.
قال المؤلف المشارك بينج جينزه إن ميزة هذا المحرك هي قدرته على تقليل الحرارة بشكل فعال. “هذا لأن الكهرباء الساكنة تعمل بجهد عالي وتيار منخفض. وكلما انخفض التيار، قلّت الحرارة التي تولدها”.
وبحسب الدراسة، فإن كفاءة تحويل الطاقة للآلات الطائرة التي يقل وزنها عن خمسة جرامات وتعمل بمثل هذه الكهرباء الساكنة يمكن أن تتجاوز 10 أضعاف كفاءة المحركات الكهرومغناطيسية التقليدية، مع استهلاك أقل من عُشر الطاقة المطلوبة لنفس الرفع.
قبل هذا الاختراق، نشر باحثو جامعة هارفارد ورقة بحثية في مجلة Nature في عام 2019 قدموا فيها طائرة Robobee التي طوروها، والتي كانت تعتبر ذات يوم أعلى مستوى في مجال المركبات الجوية الصغيرة. ومع ذلك، فقد اعتمدت على مصدر ضوء اصطناعي يعادل ثلاثة أضعاف شدة ضوء الشمس الطبيعي للطيران المستمر.
قال الباحثون إن الطائرة بدون طيار الجديدة “CoulombFly” يمكنها تحقيق طيران مستمر بالاعتماد فقط على الضوء الطبيعي، وهو ما يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام.
وقال البروفيسور يان شياوجون، أحد الباحثين الرئيسيين في الدراسة، إنه من المتوقع بعد المزيد من التطوير أن يتم تطبيق تقنية محرك الطائرات بدون طيار الجديدة في عمليات الإنقاذ في حالات الطوارئ، والكشف عن الأماكن الضيقة وغيرها من السيناريوهات المماثلة.
