鉆石+激光，另類無線充電技術(shù)可望讓無人機(jī)飛得更遠(yuǎn)

圖示：LakeDiamond所開發(fā)的鉆石具有良好的一致性和平行性，可以延伸數(shù)百米

11月26日消息，據(jù)國外媒體報道，瑞士一家名為LakeDiamond的公司利用自家開發(fā)的人工鉆石和激光發(fā)生器相結(jié)合，產(chǎn)生高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離光束，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對無人機(jī)的遠(yuǎn)距離無線充電。

目前無人機(jī)的數(shù)量正在成倍增加。據(jù)美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)稱，到2022年將有70萬架小型無人機(jī)在美國上空飛行，負(fù)責(zé)運(yùn)送包裹、監(jiān)控交通、檢查橋梁，以及填補(bǔ)其他尚未發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用市場。為了更好地完成這項工作，每一臺機(jī)器都需要電力來驅(qū)動螺旋槳和傳感器。大多數(shù)無人機(jī)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(wǎng)中獲取電能。

而且，如果一家瑞士公司能如愿以償，那么在鉆石的幫助下，一些無人機(jī)或?qū)⒛軌虺掷m(xù)停留在空中。可能會繼續(xù)留在高空。

激光實(shí)際上是通過鉆石激發(fā)的。這種概念和科學(xué)電影中聯(lián)邦星艦進(jìn)取號提供動力的那種二鋰晶體裝置相比并不遙遠(yuǎn)。長期以來，激光一直被認(rèn)為是直接向無人機(jī)提供電力的潛在解決方案，方法是將激光聚焦在無人機(jī)上的光伏電池。美國國防部高級研究計劃局、美國陸軍、獨(dú)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(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是，如何保證激光光束的質(zhì)量不會隨著距離的增加而下降，從而保證其為無人機(jī)提供持續(xù)且足夠強(qiáng)的光線。瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院(Swiss Federal Institute of Technology)旗下機(jī)構(gòu)LakeDiamond的研究人員認(rèn)為，他們的解決方案可能是二鋰晶體。

他們已經(jīng)開發(fā)出一種人造鉆石，可以幫助激光束在更長的距離內(nèi)保持其光照質(zhì)量。他們說，這些鉆石增強(qiáng)電源的地面供電網(wǎng)絡(luò)可以讓無人機(jī)飛得很遠(yuǎn)，而不需要浪費(fèi)電力來拖著它們的大電池到處跑。

LakeDiamond首席執(zhí)行官帕斯卡爾·加洛(Pascal Gallo)說，該公司實(shí)驗(yàn)室制造的鉆石是一個光滑的小矩形，直接放在激光源的前面，其可以將一個低功率的激光二極管轉(zhuǎn)換成光束。這種激光光束具有一致性和平行性，可以延伸數(shù)百米。鉆石是極好的導(dǎo)熱體，而且對光透明，可以通過產(chǎn)生大量熱量的高密度激光束，然后將這些熱量散去，讓更多的能量通過。

“腔內(nèi)含有鉆石的激光器可以產(chǎn)生非常強(qiáng)、幾乎完美的光束，發(fā)散度極低，”加洛說。

LakeDiamond研發(fā)的人造鉆石比天然鉆石更純凈。這種人造鉆石由碳原子在晶體圖案中分層制造，蝕刻在表面上的光柵產(chǎn)生鏡像效果，從而決定了光束的寬度。該公司目前開發(fā)的測試系統(tǒng)使用1.55微米激光器產(chǎn)生4瓦的能量，相當(dāng)于1萬個激光指示器所需的電力。其可以為手掌大小、攜帶相機(jī)的小型無人機(jī)提供動力，在長達(dá)10米的距離內(nèi)源源不斷地提供動力。加洛說，下一步他們將能夠?yàn)閷I(yè)無人機(jī)提供100瓦的電力，最長距離可達(dá)100米，他們希望在未來幾年實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

鉆石可能不足以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。斯坦福大學(xué)(Stanford University)光子科學(xué)教授羅伯特?拜爾(Robert Byer)表示，如今的激光技術(shù)已經(jīng)足夠強(qiáng)大，能夠滿足這些能量需求。“即使是5瓦的激光指示器也足以為附近的無人機(jī)提供動力。”他說，問題在于現(xiàn)有的光伏電池每平方米大約能產(chǎn)生200瓦的能量。安裝在無人機(jī)上的光伏電池必須體積適中，以便在不影響無人機(jī)功能的情況下發(fā)揮作用。

在無人機(jī)上用光伏電池取代鋰電池，首先要解決的是電池的容量和密度問題，否則，小小的無人機(jī)是無法承受的。

不過，如果這種激光發(fā)生器真的能像宣傳那樣發(fā)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(tǒng)設(shè)定的能量傳輸激光網(wǎng)絡(luò)飛行。(無人機(jī)上還會配置備用電池，有足夠的電力著陸。)考慮到地面發(fā)電站的密集程度，無人機(jī)可以在源源不斷的電力供應(yīng)下飛行數(shù)百英里。LakeDiamond表示，一架手掌大小、耗電量2到3瓦、運(yùn)行時間30分鐘的無人機(jī)，只需1分鐘就可以充滿電。

最終，同樣的技術(shù)也可以被用來向在地球上空700英里軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星發(fā)送能量和數(shù)據(jù)——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(fā)鉆石市場，為他們的研究提供資金。一顆1克拉5毫米的“亮圓形”鉆石由情侶們也是用這種工藝制作而成，售價高達(dá)14400美元。