Un dron microfotovoltaico logra 3,5 minutos de autonomía

Investigadores de la Universidad Queen Mary de Londres han fabricado un prototipo de microvehículo aéreo multirrotor que funciona con energía fotovoltaica y puede volar una media de 3,5 minutos.

Los científicos afirman que su microdron es el multirrotor recargable con energía solar más pequeño desarrollado hasta la fecha, con unas dimensiones de 0,15 m x 0,15 m y un peso de sólo 0,071 kg.

Para el sistema fotovoltaico, el equipo de investigación eligió células solares con una potencia por unidad de superficie de 219 W/m2, fabricadas por la empresa estadounidense Sunpower. Utilizó un micromódulo con un grosor de 0,000165 m, una masa de 0,0063 kg, una superficie de 0,0156 m2 y una eficiencia de conversión de energía del 22,6%.

Para la tecnología de drones, utilizaron un cuadricóptero M:Tech disponible en el mercado con un consumo eléctrico de 3,57 W. “Los requisitos mínimos de potencia del dron M:Tech en vuelo estacionario son 2,59 veces la producción proporcionada por esta célula solar teórica que cumple los requisitos de tamaño de superficie del microvehículo aéreo (MAV, por sus iniciales en inglés)”, explican los académicos. “Los factores limitantes aquí son la irradiancia solar y la eficiencia de conversión de la energía solar”.

También subrayaron que la superficie útil del cuadricóptero es demasiado pequeña para garantizar el vuelo con energía solar sin almacenamiento de energía. “La superficie mínima del panel solar necesaria para un vuelo puramente alimentado por energía solar sería de 0,128 m × 0,128 m”, especificaron. “Para que el Micro Solarcopter flote exclusivamente con energía solar, necesitará unos 12 W, por lo que requerirá una superficie de 0,234 m × 0,234 m, que queda fuera de la restricción de tamaño del MAV”.

El vehículo aéreo también integra un sistema de almacenamiento de 0,3 Ah basado en baterías de polímero de litio, un controlador de vuelo de 32 bits, un micromotor eléctrico Nine Eagles P-51, una caja de cambios acoplada a una hélice Turnigy Micro-quad, una cámara de visión en primera persona (FPV), dos reguladores de voltaje de conmutación, un convertidor buck-boost y un MOSFET para encender y apagar la alimentación de la cámara FPV. “El MOSFET se colocó estratégicamente para que quedara expuesto al flujo de aire del rotor durante el vuelo y proporcionara cierto nivel de refrigeración”, explica el equipo.

La batería seleccionada presenta la mejor densidad de potencia en comparación con otras candidatas, además de una densidad de energía, una potencia específica y una energía específica notables. “La batería se anuncia con una capacidad de descarga de 45-90 C”, afirma el grupo. “El Micro Solarcopter se mantiene a unos 15 C de carga con esta batería”.

La batería también puede entrar en modo de hibernación cuando está completamente descargada durante más de 40 días. De este modo, el vehículo aéreo no utiliza la electricidad de la batería durante los periodos de poca o ninguna luz.

Mediante una serie de pruebas, los investigadores comprobaron que el vehículo aéreo solar puede volar a más de 15 m de altura durante unos 3,5 min, “dependiendo del ajuste de corte de tensión definido, que influye directamente en la vida útil de la batería”. La batería puede recargarse en unos 68 min en condiciones de iluminación estándar a 25 ºC.

“Este tiempo de vuelo es corto en comparación con los MAV de ala fija, pero cercano a las cifras de resistencia de los MAV multirrotor, que rondan los 5 minutos”, explican además. “La ventaja, sin embargo, es que el Micro Solarcopter puede aterrizar, hibernar y recargar su batería de forma independiente sin tener que volver a una base de operaciones”.

Sus hallazgos se presentaron en el estudio “Development of a solar powered multirotor micro aerial vehicle” (Desarrollo de un microvehículo aéreo multirrotor propulsado por energía solar), publicado en scientific reports. De cara al futuro, afirman que pretenden resolver los problemas de recarga del dron creando vehículos terrestres no tripulados móviles que servirían como unidades fotovoltaicas de mayor tamaño que permitirían una recarga más rápida.