Los drones tienen un problema que limita prácticamente todas sus aplicaciones: la batería. Ya sea inspeccionando líneas eléctricas, vigilando incendios forestales o entregando paquetes, tarde o temprano todos deben regresar a tierra para recargarse. Ahora, un equipo de científicos chinos propone una alternativa que parece sacada de la ciencia ficción: transmitir la energía mediante un láser, sin cables y mientras el aparato permanece en el aire.
El estudio, publicado en Matter & Light, describe un dispositivo capaz de convertir directamente la energía de un haz láser en electricidad para alimentar un dron. Aunque todavía se trata de una demostración experimental, los autores creen que esta tecnología podría abrir la puerta a vuelos mucho más prolongados.
«Imagine un futuro en el que los drones que inspeccionan bosques, monitorizan desastres o entregan paquetes ya no tengan que aterrizar constantemente para cambiar la batería – señala Jianhua Han, líder del estudio -. A medida que los drones asumen misiones más largas, la autonomía se ha convertido en una de las mayores barreras”.
A primera vista, el dispositivo recuerda a un pequeño panel solar. Sin embargo, existe una diferencia fundamental. Las células fotovoltaicas convencionales están diseñadas para aprovechar la luz blanca del Sol, formada por un amplio abanico de longitudes de onda. En este caso ocurre lo contrario: la fuente de energía es un único haz de luz verde, perfectamente definido y mucho más intenso.
Por eso el equipo de Han desarrolló una célula fotovoltaica específica basada en perovskitas, un material que en los últimos años ha revolucionado el campo de la energía solar gracias a su elevada capacidad para transformar luz en electricidad. Podría imaginarse como una cerradura fabricada para una llave concreta. Mientras un panel solar tradicional intenta aprovechar millones de colores distintos procedentes del Sol, esta célula está optimizada para extraer la máxima energía posible de un único color emitido por el láser.
Aunque solemos pensar en un láser como una herramienta para cortar metal o proyectar un punto luminoso, en realidad no deja de ser un flujo extremadamente concentrado de fotones. Cada fotón transporta una pequeña cantidad de energía. Cuando el haz impacta sobre la célula de perovskita, esa energía libera electrones dentro del material, exactamente igual que ocurre en un panel solar. El movimiento de esos electrones genera una corriente eléctrica capaz de alimentar el motor del dron o recargar parcialmente su batería.
En otras palabras, el láser no transmite electricidad directamente. Lo que transmite es energía en forma de luz, y es el receptor quien la convierte de nuevo en electricidad. Sin embargo, apareció un problema que el equipo de Han no habían previsto en toda su magnitud: cuanto mayor era la potencia del láser, más se calentaba el dispositivo.
“Cuando probamos el sistema con un láser de alta potencia, la cámara térmica mostró temperaturas de entre 80 y 90 grados Celsius – confirma Han -. Era mucho más de lo que esperábamos y nos hizo comprender que la acumulación de calor era un problema mucho más serio de lo que habíamos imaginado».
Ese aumento de temperatura reduce la eficiencia de cualquier célula fotovoltaica. Parte de la energía deja de transformarse en electricidad y simplemente se disipa en forma de calor. Para solucionarlo, los autores el equipo incorporó nanocristales capaces de actuar como barrera térmica. Estos materiales dificultan que el calor atraviese el dispositivo, manteniendo una mayor diferencia de temperatura entre ambas caras del receptor. Y esa diferencia resulta especialmente importante porque el sistema incorpora una segunda tecnología: un generador termoeléctrico que aprovecha precisamente ese gradiente térmico para producir electricidad adicional.
Es decir, el dispositivo obtiene energía por dos caminos distintos. Por un lado, convierte directamente la luz del láser en electricidad y, por otro, recupera parte de la energía que normalmente se perdería en forma de calor. Gracias a esta combinación, el sistema alcanzó una eficiencia del 38,49 %, una de las más elevadas descritas hasta ahora para este tipo de dispositivos funcionando bajo iluminación láser.
Finalmente el equipo de Han aprovechó también otro detalle práctico. En lugar de colocar el receptor en cualquier parte del dron, lo instalaron bajo una de las alas y diseñaron pequeños canales internos para que el propio movimiento del aire refrigerase la cara posterior del dispositivo durante el vuelo. La idea recuerda al funcionamiento del radiador de un automóvil: cuanto mayor es el flujo de aire, mejor se evacúa el calor y mayor es el rendimiento del sistema.
“Los avances anteriores se habían centrado sobre todo en los materiales o en el propio dispositivo – concluye Han -. Nosotros quisimos ir más allá del laboratorio y pensar cómo integrar realmente el sistema en una aeronave, cómo refrigerarlo durante el funcionamiento y cómo hacerlo compatible con el vuelo. No es solo un problema de ciencia de materiales; también lo es de ingeniería».
Pese al resultado, todavía queda mucho desarrollo por delante. El siguiente paso consistirá en probar el sistema sobre un dron ligero en condiciones reales de vuelo. Después habrá que resolver problemas mucho más complejos, como mantener el láser apuntando con precisión a un aparato en movimiento o garantizar que un haz de alta potencia pueda utilizarse de forma completamente segura. El haz de luz actúa como un cable invisible, pero no solo recarga la batería: hay más.
Los drones tienen un problema que limita prácticamente todas sus aplicaciones: la batería. Ya sea inspeccionando líneas eléctricas, vigilando incendios forestales o entregando paquetes, tarde o temprano todos deben regresar a tierra para recargarse. Ahora, un equipo de científicos chinos propone una alternativa que parece sacada de la ciencia ficción: transmitir la energía mediante un láser, sin cables y mientras el aparato permanece en el aire.
El estudio, publicado en Matter & Light, describe un dispositivo capaz de convertir directamente la energía de un haz láser en electricidad para alimentar un dron. Aunque todavía se trata de una demostración experimental, los autores creen que esta tecnología podría abrir la puerta a vuelos mucho más prolongados.
«Imagine un futuro en el que los drones que inspeccionan bosques, monitorizan desastres o entregan paquetes ya no tengan que aterrizar constantemente para cambiar la batería – señala Jianhua Han, líder del estudio -. A medida que los drones asumen misiones más largas, la autonomía se ha convertido en una de las mayores barreras”.
A primera vista, el dispositivo recuerda a un pequeño panel solar. Sin embargo, existe una diferencia fundamental. Las células fotovoltaicas convencionales están diseñadas para aprovechar la luz blanca del Sol, formada por un amplio abanico de longitudes de onda. En este caso ocurre lo contrario: la fuente de energía es un único haz de luz verde, perfectamente definido y mucho más intenso.
Por eso el equipo de Han desarrolló una célula fotovoltaica específica basada en perovskitas, un material que en los últimos años ha revolucionado el campo de la energía solar gracias a su elevada capacidad para transformar luz en electricidad. Podría imaginarse como una cerradura fabricada para una llave concreta. Mientras un panel solar tradicional intenta aprovechar millones de colores distintos procedentes del Sol, esta célula está optimizada para extraer la máxima energía posible de un único color emitido por el láser.
Aunque solemos pensar en un láser como una herramienta para cortar metal o proyectar un punto luminoso, en realidad no deja de ser un flujo extremadamente concentrado de fotones. Cada fotón transporta una pequeña cantidad de energía. Cuando el haz impacta sobre la célula de perovskita, esa energía libera electrones dentro del material, exactamente igual que ocurre en un panel solar. El movimiento de esos electrones genera una corriente eléctrica capaz de alimentar el motor del dron o recargar parcialmente su batería.
En otras palabras, el láser no transmite electricidad directamente. Lo que transmite es energía en forma de luz, y es el receptor quien la convierte de nuevo en electricidad. Sin embargo, apareció un problema que el equipo de Han no habían previsto en toda su magnitud: cuanto mayor era la potencia del láser, más se calentaba el dispositivo.
“Cuando probamos el sistema con un láser de alta potencia, la cámara térmica mostró temperaturas de entre 80 y 90 grados Celsius – confirma Han -. Era mucho más de lo que esperábamos y nos hizo comprender que la acumulación de calor era un problema mucho más serio de lo que habíamos imaginado».
Ese aumento de temperatura reduce la eficiencia de cualquier célula fotovoltaica. Parte de la energía deja de transformarse en electricidad y simplemente se disipa en forma de calor. Para solucionarlo, los autores el equipo incorporó nanocristales capaces de actuar como barrera térmica. Estos materiales dificultan que el calor atraviese el dispositivo, manteniendo una mayor diferencia de temperatura entre ambas caras del receptor. Y esa diferencia resulta especialmente importante porque el sistema incorpora una segunda tecnología: un generador termoeléctrico que aprovecha precisamente ese gradiente térmico para producir electricidad adicional.
Es decir, el dispositivo obtiene energía por dos caminos distintos. Por un lado, convierte directamente la luz del láser en electricidad y, por otro, recupera parte de la energía que normalmente se perdería en forma de calor. Gracias a esta combinación, el sistema alcanzó una eficiencia del 38,49 %, una de las más elevadas descritas hasta ahora para este tipo de dispositivos funcionando bajo iluminación láser.
Finalmente el equipo de Han aprovechó también otro detalle práctico. En lugar de colocar el receptor en cualquier parte del dron, lo instalaron bajo una de las alas y diseñaron pequeños canales internos para que el propio movimiento del aire refrigerase la cara posterior del dispositivo durante el vuelo. La idea recuerda al funcionamiento del radiador de un automóvil: cuanto mayor es el flujo de aire, mejor se evacúa el calor y mayor es el rendimiento del sistema.
“Los avances anteriores se habían centrado sobre todo en los materiales o en el propio dispositivo – concluye Han -. Nosotros quisimos ir más allá del laboratorio y pensar cómo integrar realmente el sistema en una aeronave, cómo refrigerarlo durante el funcionamiento y cómo hacerlo compatible con el vuelo. No es solo un problema de ciencia de materiales; también lo es de ingeniería».
Pese al resultado, todavía queda mucho desarrollo por delante. El siguiente paso consistirá en probar el sistema sobre un dron ligero en condiciones reales de vuelo. Después habrá que resolver problemas mucho más complejos, como mantener el láser apuntando con precisión a un aparato en movimientoo garantizar que un haz de alta potencia pueda utilizarse de forma completamente segura. Noticias de Tecnología y Videojuegos en La Razón
