Um pequeno diamante crescido em laboratório medindo alguns milímetros de cada lado poderia um dia permitir que drones civis fossem recarregados em pleno vôo por meio de um laser. Graças ao diamante, o feixe de laser pode permanecer forte o suficiente por uma longa distância para recarregar células fotovoltaicas na superfície dos drones. Este sistema, que não representa nenhuma ameaça à saúde humana, está sendo desenvolvido pela LakeDiamond spin-off da EPFL. Também poderia ser usado para transmitir energia e dados para satélites e acaba de ser incluído nos dez projetos apoiados por dois anos pelo Escritório Espacial Suíço.

Drones estão sendo usados ​​para um número crescente de propósitos. Seus projetos são cada vez mais eficientes, e as técnicas para voá-los estão sendo cada vez mais refinadas. Mas os drones ainda têm o mesmo ponto fraco:a bateria. Isso é particularmente verdadeiro para drones de hélice, que são populares para fins de coleta de informações em regiões perigosas ou difíceis de alcançar. Esses drones podem voar por apenas cerca de 15 minutos por vez porque seus motores gastam rapidamente suas baterias. Uma maneira de lidar com essa limitação - sem pesar os drones - seria recarregá-los enquanto estão no ar usando um sistema de feixe de energia:um feixe de laser rico em energia que é guiado por um sistema de rastreamento e brilha diretamente nas células fotovoltaicas no exterior dos drones .

Vários laboratórios ao redor do mundo, incluindo nos EUA, têm trabalhado nessa ideia nos últimos anos. LakeDiamond, um spin-off da EPFL com base no Innovation Park, já demonstrou a viabilidade de usar um laser de alta potência para esse fim. O que mais, O laser do LakeDiamond emite um comprimento de onda que não pode danificar a pele ou os olhos humanos - a questão da segurança é fundamental, uma vez que o sistema se destina ao uso com drones civis. A tecnologia da LakeDiamond é construída em torno de diamantes que são cultivados no laboratório da empresa e subsequentemente gravados em nível atômico.

Recorde mundial de energia

Apesar das aparências, os feixes de laser padrão não são tão retos quanto parecem:à medida que viajam, eles se expandem ligeiramente, levando a uma perda de densidade à medida que avançam. Mas o sistema do LakeDiamond produz um feixe de laser com comprimento de onda de 1,5 µm que, além de ser seguro, pode viajar muito mais longe sem perder força. "Sistemas desenvolvidos por outras empresas e laboratórios, frequentemente para aplicações militares, empregam lasers que são mais poderosos e, portanto, mais perigosos para os humanos, "diz Pascal Gallo, CEO da LakeDiamond. Sua empresa tomou a direção oposta:sua tecnologia transforma os raios emitidos por um simples diodo de baixa potência em um feixe de laser de alta qualidade. Seu feixe tem um diâmetro maior, e seus raios permanecem paralelos por uma distância maior - neste caso, até várias centenas de metros.

No laser do LakeDiamond, a luz produzida por um diodo é direcionada a um impulsionador composto de material reflexivo, um componente óptico e uma pequena placa de metal para absorver o calor. O avanço não está nesta configuração, que já existe, mas com o fato de que o feixe emitido tem apenas algumas dezenas de watts de força. O segredo é usar um pequeno diamante quadrado crescido em laboratório como o componente óptico, pois oferece desempenho incomparável. O sistema do LakeDiamond detém o recorde mundial de operação contínua usando um comprimento de onda no meio da faixa do infravermelho - ele oferece mais de 30 watts em sua configuração básica. "Isso é equivalente a cerca de 10, 000 ponteiros laser, "acrescenta Gallo.

As principais propriedades dos diamantes cultivados em laboratório incluem alta transparência e condutividade térmica. Alcançar essas coisas - e dominar o processo de nanocondicionamento - levou os pesquisadores ao longo de dez anos de desenvolvimento. LakeDiamond cultiva seus diamantes por meio de um processo de deposição de vapor químico, uma abordagem que garante sua pureza e reprodutibilidade. As superfícies dos minúsculos diamantes quadrados resultantes são então esculpidas em nível nano usando a experiência desenvolvida no laboratório de Niels Quack na EPFL. Graças às suas propriedades inerentes e formas gravadas, os diamantes são capazes de transferir calor para uma pequena placa de metal que o dissipa, enquanto, ao mesmo tempo, reflete a luz de forma a criar um feixe de laser.

"Para alcançar maior potência - digamos, para recarregar um drone maior - esses lasers poderiam ser facilmente operados em série, "diz Nicolas Malpiece, quem está encarregado da transmissão de energia em LakeDiamond. O sistema de recarga remota da empresa funciona em laboratório, mas exigirá mais desenvolvimento e aprimoramento antes de estar pronto para uso em campo. O que aconteceria se um drone voasse atrás de um obstáculo e fosse cortado de sua fonte de energia laser? Várias abordagens para este problema estão sendo exploradas. Uma pequena bateria de backup pode assumir temporariamente, ou, para missões de coleta de informações em terrenos acidentados, por exemplo, o drone poderia simplesmente retornar ao alcance do laser para recarregar sua bateria.

Este sistema de transmissão de energia também é interessante para outras áreas de aplicação. Pode, por exemplo, ser usado para carregar e transmitir dados para satélites. O desenvolvimento do sistema está incluído em um programa de apoio do Swiss Space Office, que começou em 1º de novembro e dura dois anos.