鑽石配雷射 讓無人機拋下大電池也能飛行|無人機|鑽石|飛行|電池|...
2020-11-29 網易科技
圖示：LakeDiamond所開發的鑽石具有良好的一致性和平行性，可以延伸數百米
網易科技訊 11月26日消息，據國外媒體報導，瑞士一家名為LakeDiamond的公司利用自家開發的人工鑽石和雷射發生器相結合，產生高質量的遠距離光束，從而能夠實現對無人機的遠距離無線充電。
目前無人機的數量正在成倍增加。據美國聯邦航空管理局(FAA)稱，到2022年將有70萬架小型無人機在美國上空飛行，負責運送包裹、監控交通、檢查橋梁，以及填補其他尚未發現的應用市場。為了更好地完成這項工作，每一臺機器都需要電力來驅動螺旋槳和傳感器。大多數無人機會從隨身攜帶的電池中獲取電能。有些可能直接使用電纜從電網中獲取電能。
而且，如果一家瑞士公司能如願以償，那麼在鑽石的幫助下，一些無人機或將能夠持續停留在空中。可能會繼續留在高空。
雷射實際上是通過鑽石激發的。這種概念和科學電影中聯邦星艦進取號提供動力的那種二鋰晶體裝置相比並不遙遠。長期以來，雷射一直被認為是直接向無人機提供電力的潛在解決方案，方法是將雷射聚焦在無人機上的光伏電池。美國國防部高級研究計劃局、美國陸軍、獨立研究小組和私營公司都在研究這個想法。
所有人都面臨的關鍵挑戰之一是，如何保證雷射光束的質量不會隨著距離的增加而下降，從而保證其為無人機提供持續且足夠強的光線。瑞士聯邦理工學院(Swiss Federal Institute of Technology)旗下機構LakeDiamond的研究人員認為，他們的解決方案可能是二鋰晶體。
他們已經開發出一種人造鑽石，可以幫助雷射束在更長的距離內保持其光照質量。他們說，這些鑽石增強電源的地面供電網絡可以讓無人機飛得很遠，而不需要浪費電力來拖著它們的大電池到處跑。
LakeDiamond執行長帕斯卡爾·加洛(Pascal Gallo)說，該公司實驗室製造的鑽石是一個光滑的小矩形，直接放在雷射源的前面，其可以將一個低功率的雷射二極體轉換成光束。這種雷射光束具有一致性和平行性，可以延伸數百米。鑽石是極好的導熱體，而且對光透明，可以通過產生大量熱量的高密度雷射束，然後將這些熱量散去，讓更多的能量通過。
「腔內含有鑽石的雷射器可以產生非常強、幾乎完美的光束，發散度極低，」加洛說。
LakeDiamond研發的人造鑽石比天然鑽石更純淨。這種人造鑽石由碳原子在晶體圖案中分層製造，蝕刻在表面上的光柵產生鏡像效果，從而決定了光束的寬度。該公司目前開發的測試系統使用1.55微米雷射器產生4瓦的能量，相當於1萬個雷射指示器所需的電力。其可以為手掌大小、攜帶相機的小型無人機提供動力，在長達10米的距離內源源不斷地提供動力。加洛說，下一步他們將能夠為專業無人機提供100瓦的電力，最長距離可達100米，他們希望在未來幾年實現這一目標。
鑽石可能不足以實現這一目標。史丹福大學(Stanford University)光子科學教授羅伯特?拜爾(Robert Byer)表示，如今的雷射技術已經足夠強大，能夠滿足這些能量需求。「即使是5瓦的雷射指示器也足以為附近的無人機提供動力。」他說，問題在於現有的光伏電池每平方米大約能產生200瓦的能量。安裝在無人機上的光伏電池必須體積適中，以便在不影響無人機功能的情況下發揮作用。
不過，如果這種雷射發生器真的能像宣傳那樣發揮作用，那它就完全可以在不使用重型電池的情況下飛行，前提是它們要沿著這些通過GPS跟蹤系統設定的能量傳輸雷射網絡飛行。(無人機上還會配置備用電池，有足夠的電力著陸。)考慮到地面發電站的密集程度，無人機可以在源源不斷的電力供應下飛行數百英裡。LakeDiamond表示，一架手掌大小、耗電量2到3瓦、運行時間30分鐘的無人機，只需1分鐘就可以充滿電。
最終，同樣的技術也可以被用來向在地球上空700英裡軌道上運行的衛星發送能量和數據——LakeDiamond剛剛從瑞士航天中心和歐洲航天局獲得了資助。為了獲得額外的資金，他們正在開發鑽石市場，為他們的研究提供資金。一顆1克拉5毫米的「亮圓形」鑽石由情侶們也是用這種工藝製作而成，售價高達14400美元。（晗冰）
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