La utilización de drones se ha estandarizado en los últimos años debido a sus múltiples usos y entre las potenciales utilidades que hay detrás de estos aparatos no tripulados. Han logrado destacar en el ámbito tecnológico sustituyendo en muchas ocasiones al uso de helicópteros. Su tamaño compacto, les permite despegar y aterrizar en casi cualquier lugar, lo que se traduce en unan notable flexibilidad de operación.
Actualmente se emplean para múltiples aplicaciones: vigilancia aérea del tráfico, monitorización de superficies, captura de imágenes, acciones bélicas. Sin embargo, en todas ellas existe un hándicap fruto de la complicada ecuación que supone el peso del aparato y la autonomía del vuelo. Una gran batería alarga la autonomía y eleva el peso, lo que va en contra precisamente del tiempo de vuelo y limita la carga a transportar.
El dron con motores electrostáticos y alimentación solar
Un equipo de investigadores de la Universidad de Beihang, en Pekín, ha creado un microdrón alimentado por energía solar denominado CoulombFly, que pesa apenas 4,21 gramos, más ligero que una hoja de papel tamaño A4. Publicada en la revista Nature, según sus autores, es el más pequeño y liviano del mundo.
Shen Wei, estudiante de doctorado en la Universidad de Beihang y autor principal del estudio, ha estado investigando en este campo desde sus años universitarios. Según cita el Diario del Pueblo en su web "Aunque los drones solares se desarrollaron hace décadas, la mayoría eran de gran tamaño. En 2019, la Universidad Nacional de Singapur creó un helicóptero que en su momento fue el más pequeño. Sin embargo, reducir aún más el tamaño resultó ser un desafío significativo. Por ello, nuestra investigación ha optado por un enfoque tecnológico diferente para enfrentar este problema," asegura Shen.
El primer contacto de Shen con los motores electrostáticos fue durante su tercer año de universidad, en el marco de un proyecto de investigación de verano. Durante sus estudios de posgrado, se enfrentó desafíos significativos llegando a considerar incluso el abandono del proyecto, por la creencia de que esta tecnología de motores no era útil.
Sin embargo, durante una noche de insomnio le llegó la inspiración. Utilizar un motor electrostático para desarrollar un microdrón. A diferencia de los motores eléctricos convencionales, que se basan en la interacción entre campos magnéticos generados por corrientes eléctricas, los motores electrostáticos operan mediante la repulsión y atracción de cargas eléctricas estáticas para producir movimiento.
Principio de funcionamiento
Al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre dos o más superficies se crea un campo eléctrico que actúa sobre las cargas eléctricas en las superficies del motor generando una fuerza electrostática entre ellos que puede ser de atracción o repulsión, dependiendo de la polaridad de las cargas. Esta interacción de fuerzas es lo que produce el movimiento.
Los motores electrostáticos tienen múltiples aplicaciones, aunque su uso no es tan común como el de los motores electromagnéticos. Se encuentran en aplicaciones que requieren motores pequeños y ligeros, como en ciertos tipos de actuadores, sensores y, como se ha demostrado recientemente, en microdrones.
En los motores electrostáticos diseñados para aplicaciones rotacionales, como los microdrones, se puede aprovechar la fuerza electrostática para hacer girar un rotor. La disposición precisa de los electrodos y la aplicación controlada del voltaje permiten que el motor funcione de manera efectiva.
Shen se planteó el potencial de acoplar una hélice a un motor electrostático para lograr el vuelo. Basado en su conocimiento de estos motores, creía que podrían alcanzar velocidades notables y generar suficiente sustentación, siempre y cuando encontrara un diseño adecuado. Tras solo tres semanas de pruebas, confirmó la viabilidad de su idea.
Los motores electrostáticos son más simples que los motores electromagnéticos y extremadamente compactos y ligeros ya que no requieren imanes o bobinas, lo que los hace ideales para aplicaciones en microdrones y dispositivos miniaturizados.
Son menos eficientes que los electromagnéticos, especialmente en aplicaciones que requieren altas potencias y requieren voltajes bastante altos para generar fuerzas suficientemente grandes. De cualquier forma, el logro de Shen abre la puerta a una tecnología que podría ser aplicable a drones más grandes.
