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https://hothardware.com/news/laser-power-system-allows-drones-to-fly-without-battery-swaps
레이저 동력 전달 시스템 개발: 배터리 교체 없이 드론 무한 비행 가능
드론에 탑재된 레이저 수신기 실험실 테스트 - 이미지: Matter & Light
무인 항공기(UAV)가 공중에 무기한 머물 수 있다고 상상해 보세요. 연구진은 지상 기반의 녹색 레이저 빔을 통해 기체가 무선으로 충전될 수 있도록 하는 날개 장착형 수신기를 개발함으로써 이러한 현실을 향한 큰 걸음을 내딛었습니다.
Matter & Light 저널에 게재된 중국 민항 대학교 한젠화(Han Jianhua)가 이끄는 연구에 따르면, 유입되는 레이저 에너지를 인상적인 38.49%의 사용 가능한 전력으로 전환할 수 있는 장치에 대해 자세히 설명합니다. 이 효율성 수치는 무선 레이저 전력 전송 부문에서 기록된 가장 높은 수치 중 하나입니다.
에너지 전환 레이저 셀 - 이미지: Matter & Light
이 시스템은 이중 작용 탠덤 아키텍처를 통해 이러한 성능을 달성합니다. 전면부에는 520나노미터 녹색 레이저 빛을 포착하도록 특별히 조정된 극도로 초점이 맞춰진 태양광 패널처럼 작동하는 특수 페로브스카이트 레이저 셀이 있습니다. 그 아래에는 광학 셀에서 발생한 폐열을 수집하여 보조 전력으로 전환하는 열전 발전기가 장착되어 있습니다.
그러나 (다소 역설적이게도) 소형 수신기에 레이저를 쏘는 것은 엄청난 열 문제를 야기합니다. 초기 테스트 중에 온도는 80°C에서 90°C(174°F에서 194°F) 사이로 빠르게 치솟았습니다.
명백하게 이 열은 페로브스카이트 층을 열화시키고 항공기 자체에 구조적 손상을 줄 위험이 있었으므로, 연구팀이 한 작업은 수신기 매트릭스에 특수 삼셀렌화 안티몬 나노결정을 통합한 것이었습니다.
이 나노결정은 열전도율이 낮기 때문에, 열전 발전기가 추가 전기를 만들어내는 데 필요한 극심한 온도 차이를 유지하는 동시에 페로브스카이트 층을 보호하는 방패 역할을 합니다. 결정적으로, 나노결정을 추가함으로써 페로브스카이트 물질 내의 결정 입자가 커져 내부 결함이 줄어들고 전자 이동이 원활해졌습니다.
작동 중인 레이저 셀의 단계들 - 이미지: Matter & Light
게다가 엔지니어들은 항공기의 날개 구조에 공기 냉각 채널을 직접 추가했습니다. 비행 중 공기가 날개를 통과함에 따라 열전 층의 뒷면을 능동적으로 냉각하여 전기 출력을 높이는 동시에 항공 역학적 항력을 줄이고 추가 양력을 발생시킵니다. 실습 시험에서 전체 수신기는 최적화되지 않은 설정에서 보이는 속도 저하나 과열 문제 없이 7,820 RPM의 연속 회전수로 드론 프로펠러를 구동했습니다.
그렇긴 하지만, 이 개념이 상산 라인의 끝에서 빛을 보려면 다른 장애물들이 존재합니다. 지상 기반 발사기는 난기류, 구름 커버, 돌풍 속에서 작고 움직이는 표적에 가느다란 레이저 빔을 조준할 수 있을 만큼 신뢰할 수 있는 자동 추적 시스템을 포함해야 한다는 문제가 있습니다. 또한, 고출력 빔이 야생 동물, 항공 또는 지상 작업자에게 위험을 주지 않도록 엄격한 안전 프로토콜이 필요할 것입니다.
※실제 영상 및 연구자료 전문
https://www.cell.com/matter-light/fulltext/S3117-5848(26)00066-9
▶ 원문 출처: https://hothardware.com/news/laser-power-system-allows-drones-to-fly-without-battery-swaps
