โดรนบินไม่ง้อแบตเตอรี่ ใช้พลังงานโซลาร์เซลล์ สร้างสถิติบินนานกว่า 5 ชั่วโมง

สองพ่อลูกนักประดิษฐ์สร้างสถิติใหม่ พัฒนาโดรนพลังงานแสงอาทิตย์ 100% บินต่อเนื่องกว่า 5 ชั่วโมงโดยไม่ง้อแบตเตอรี่ ตอกย้ำศักยภาพการบินด้วยพลังงานสะอาด

นักประดิษฐ์สร้างประวัติศาสตร์หน้าใหม่ด้วยการพัฒนาโดรนขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ 100% ที่สามารถบินได้ต่อเนื่องนานกว่า 5 ชั่วโมง ความสำเร็จนี้ไม่เพียงแต่เป็นสถิติใหม่ของโลก แต่ยังเป็นการพิสูจน์ศักยภาพของพลังงานสะอาดในแวดวงการบินโดรนขนาดเล็กที่เคยมีอุปสรรคเกี่ยวกับระยะเวลาในการใช้งานของแบตเตอรี่ที่มีอย่างจำกัด

จากความล้มเหลวสู่สถิติโลกที่บินนานกว่า 5 ชั่วโมง

เบื้องหลังความสำเร็จที่น่าทึ่งนี้เริ่มต้นจากการเรียนรู้ข้อผิดพลาดในอดีต โดย Luke Bell นักประดิษฐ์และคอนเทนต์ครีเอเตอร์สายเทคโนโลยี ร่วมกับ Mike Bell พ่อของเขา ได้ปรับปรุงโครงสร้างจากโมเดลแรกที่บินได้เพียง 3 นาทีก่อนจะตกลงมา นำมาสู่การออกแบบใหม่ในรุ่นที่ 2 ที่เน้นการลดน้ำหนักและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานอย่างสูงสุด

โครงสร้างหลักถูกเปลี่ยนมาใช้ท่อคาร์บอนไฟเบอร์ที่ผ่านการตัดเย็บอย่างประณีตเพื่อลดแรงเฉื่อยและเพิ่มความคล่องตัวในการทรงตัวท่ามกลางกระแสลม โดยจุดเด่นที่สุดคือการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์จำนวน 32 แผงที่ถูกจัดเรียงแบบโมเสกบนโครงสร้างที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ซึ่งมีน้ำหนักเบาพอที่จะไม่เป็นภาระต่อมอเตอร์ แต่มีพื้นที่ผิวเพียงพอที่จะผลิตกระแสไฟฟ้าได้สูงสุดถึง 110 วัตต์ ภายใต้แสงแดดที่ร้อนแรง ซึ่งเพียงพอสำหรับการประคองตัวให้อยู่บนท้องฟ้าได้นานถึง 5 ชั่วโมง 4 นาที และ 3 วินาที

ความสำเร็จของนักประดิษฐ์ผู้สร้าง “โดรนที่เร็วที่สุดในโลก”

ชื่อเสียงของ Luke และ Mike Bell ไม่ได้เพิ่งถูกกล่าวขวัญถึงเป็นครั้งแรก แต่ทั้งคู่คือทีมงานคุณภาพที่เคยจารึกชื่อลงใน Guinness World Records มาแล้ว กับผลงานการสร้างโดรน "Peregrine 2" ซึ่งเป็นโดรนบังคับวิทยุประเภทสี่ใบพัด (Quadcopter) ที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่และทำความเร็วภาคพื้นดินได้สูงที่สุดในโลก ด้วยความเร็วเฉลี่ยถึง 480.23 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (298.47 ไมล์ต่อชั่วโมง)

ความเชี่ยวชาญในการจัดการกับอากาศพลศาสตร์และความร้อนที่เกิดจากการบินความเร็วสูงในครั้งนั้น กลายเป็นรากฐานสำคัญที่ส่งต่อมายังโครงการโดรนพลังแสงอาทิตย์นี้

หัวใจของการบินต่อเนื่องในสภาวะอากาศที่ไม่แน่นอน

อุปสรรคที่สำคัญที่สุดของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์คือ "ความไม่แน่นอนของแสง" ทีมพัฒนาจึงได้ติดตั้งระบบลูกผสมที่เรียกว่า Hybrid Circuit ซึ่งใช้ไดโอด (Diodes) ทำหน้าที่เป็นวาล์วทางเดียวเพื่อควบคุมทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ระบบนี้จะอนุญาตให้พลังงานจากโซลาร์เซลล์ทำหน้าที่ขับเคลื่อนมอเตอร์เป็นหลัก และหากมีพลังงานส่วนเกินก็จะถูกนำไปชาร์จเก็บไว้ในแบตเตอรี่สำรองขนาดเล็ก

แต่เมื่อใดก็ตามที่ก้อนเมฆมาบดบังแสงอาทิตย์จนแรงดันไฟฟ้าตกระดับ ระบบจะสลับไปดึงพลังงานจากแบตเตอรี่สำรองทันทีโดยอัตโนมัติเพื่อป้องกันโดรนตก กลไกนี้ช่วยให้โดรนสามารถผ่านพ้นช่วงเวลาวิกฤตที่มีแสงน้อยหรือช่วงที่ลมพัดแรงจนต้องใช้กำลังมอเตอร์สูงกว่าปกติได้อย่างราบรื่น

การจัดวางแผงโซลาร์ที่ไม่บดบังทิศทางลม

หนึ่งในคำถามที่น่าสนใจคือ การนำแผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่มาวางไว้บนโดรนสี่ใบพัดจะส่งผลเสียต่อแรงยกหรือไม่ ทีมผู้พัฒนาได้ใช้การจำลองผ่านซอฟต์แวร์ Air Shaper เพื่อวิเคราะห์ทิศทางลมและการไหลเวียนของอากาศ (Airflow) พบว่าการจัดวางแผงโซลาร์เซลล์ไว้เหนือใบพัดในระยะที่เหมาะสมไม่ได้ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการบิน

นอกจากนี้ยังมีการปรับตำแหน่งการวางแผงให้ต่ำลงเพื่อลดจุดศูนย์ถ่วง (Center of Gravity) ช่วยให้โดรนมีความเสถียรมากขึ้นเมื่อต้องเผชิญกับลมกระโชกแรง การปรับจูนระบบ GPS และการย้ายตำแหน่งเสาสัญญาณไปไว้ด้านบนสุดเพื่อให้คลื่นสัญญาณไม่ถูกแผงโซลาร์เซลล์รบกวน เป็นอีกหนึ่งรายละเอียดสำคัญที่ทำให้โดรนสามารถทรงตัวนิ่งอยู่กลางอากาศได้โดยที่ผู้ควบคุมไม่ต้องประคองคันบังคับตลอดเวลา

ประโยชน์ด้านการกู้ภัยและเกษตรอัจฉริยะ

ความสำเร็จในการบินได้นานกว่า 5 ชั่วโมงโดยไม่พึ่งพาแบตเตอรี่หลักถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญสำหรับการใช้งานโดรนในเชิงพาณิชย์และสาธารณประโยชน์ ในอนาคตเทคโนโลยีนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในภารกิจกู้ภัย (Search and Rescue) ที่ต้องสำรวจพื้นที่ห่างไกลเป็นเวลานานโดยไม่ต้องกังวลเรื่องการบินกลับมาชาร์จไฟ หรือใช้ในงานเฝ้าระวังไฟป่าที่ต้องสังเกตการณ์ต่อเนื่องหลายชั่วโมง

นอกจากนี้ ในภาคการเกษตร โดรนพลังแสงอาทิตย์จะช่วยให้เกษตรกรสามารถตรวจสอบสุขภาพพืชผลในไร่นาขนาดใหญ่หลายร้อยไร่ได้ในการบินเพียงครั้งเดียว ซึ่งช่วยประหยัดทั้งเวลาและต้นทุนพลังงาน การเปลี่ยนผ่านจากการพึ่งพาแบตเตอรี่ลิเทียมที่มีน้ำหนักมากและอายุการใช้งานสั้น มาสู่การเก็บเกี่ยวพลังงานจากธรรมชาติโดยตรง

ความสำเร็จของโดรนพลังงานแสงอาทิตย์ลำนี้สะท้อนให้เห็นถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญของวิศวกรรมการบินและพลังงานทดแทน การก้าวข้ามขีดจำกัดของแบตเตอรี่ด้วยการใช้พลังงานสะอาด 100% ไม่เพียงแต่ช่วยขยายขอบเขตการทำงานของโดรนให้กว้างไกลกว่าที่เคยเป็นมา แต่ยังเป็นต้นแบบสำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่สร้างภาระต่อสิ่งแวดล้อม 

ในอนาคตเราอาจได้เห็นโดรนสำรวจที่สามารถปฏิบัติหน้าที่ได้ยาวนานตลอดทั้งวันโดยใช้เพียงแสงแดด ซึ่งจะส่งผลดีต่อทั้งงานด้านมนุษยธรรม การอนุรักษ์ธรรมชาติ และการพัฒนาอุตสาหกรรมอัจฉริยะที่ต้องการความต่อเนื่องและยั่งยืนอย่างแท้จริง

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: newatlas, Luke Maximo Bell, newsbytesapp, modernmechanics24
ที่มาภาพ: Luke Maximo Bell
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech