Un team della Facoltà di Ingegneria della National University of Singapore (NUS) ha sviluppato il primo drone quadrirotore asiatico completamente alimentato a energia solare. L'aereo ha volato sopra i 10 metri in voli di prova e ha raggiunto un volo controllabile senza l'uso di batterie.

Gli aerei che possono decollare e atterrare direttamente senza la necessità di una pista, come elicotteri e quadricotteri, sono attraenti per il personale, applicazioni commerciali e militari in quanto richiedono meno spazio fisico e infrastrutture rispetto ai tradizionali aerei ad ala fissa. Un team della National University of Singapore (NUS) ha compiuto un importante passo avanti nell'ampliare le capacità dei droni quadricotteri alimentando il volo esclusivamente con la luce solare naturale.

Una prima in Asia, l'attuale prototipo ha volato oltre i 10 metri in voli di prova - più in alto di un tipico edificio di tre piani - utilizzando l'energia solare senza batterie o altri accumulatori di energia a bordo.

Questo drone a energia solare, che è stato sviluppato come progetto studentesco nell'ambito dell'Innovation &Design Program (iDP) presso la Facoltà di Ingegneria della NUS, può decollare e atterrare verticalmente senza una pista. Costruito utilizzando materiale in fibra di carbonio leggero, il drone quadrirotore pesa solo 2,6 kg, ed ha una superficie di circa 4 mq. È dotato di 148 celle solari al silicio caratterizzate individualmente e supportate da un telaio dotato di quattro rotori.

Una grande impresa aeronautica

Gli aerei ad ala rotante sono significativamente meno efficienti nel generare portanza rispetto alle loro controparti ad ala fissa. Quindi, mentre ci sono stati esempi di aeroplani solari negli ultimi anni, un velivolo rotativo solare al 100% praticabile in grado di decollare e atterrare verticalmente rimane una grande sfida ingegneristica fino ad oggi.

"Il nostro aereo è estremamente leggero per le sue dimensioni, e può volare finché c'è la luce del sole, anche per ore. A differenza dei droni quadricotteri convenzionali, il nostro aereo non si basa sulle batterie di bordo e quindi non è limitato dal tempo di volo. La sua capacità di atterrare su qualsiasi superficie piana e volare fuori dall'effetto suolo in modo controllato lo rende adatto anche per l'implementazione pratica, " ha affermato il Professore Associato Aaron Danner del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica presso la Facoltà di Ingegneria della NUS, che ha curato il progetto.

Il drone quadricottero a energia solare può essere controllato tramite telecomando o programmato per volare in modo autonomo utilizzando un sistema GPS incorporato nell'aereo. L'aereo può essere potenzialmente utilizzato come "pannello solare volante" per fornire energia solare di emergenza alle aree disastrate, oltre che per la fotografia, consegna di piccoli pacchi, sorveglianza e ispezione. Le batterie possono essere incorporate per alimentare l'aereo quando non c'è luce solare o per la ricarica durante il volo per consentire il funzionamento quando è nuvoloso o buio. È possibile includere anche altro hardware come le fotocamere per applicazioni specifiche.

Dal 2012, otto team di studenti NUS hanno apportato miglioramenti di progettazione successivi e hanno lavorato alla realizzazione di un velivolo completamente solare sotto la supervisione di Assoc Prof Danner, che detiene anche un incarico congiunto presso il Solar Energy Research Institute di Singapore presso NUS. Il primo drone quadricottero ad assistenza solare sviluppato dagli studenti nel 2012 poteva ottenere solo il 45% della potenza di volo dalle celle solari e il resto dalle batterie di bordo.

L'ultima squadra, comprendente gli studenti dell'ultimo anno della NUS Engineering, il signor Goh Chong Swee, Signor Kuan Jun Ren e signor Yeo Jun Han, apportato ulteriori perfezionamenti ai precedenti prototipi del drone quadrirotore. Alla fine hanno realizzato un volo completamente a energia solare con il loro ultimo prototipo. I membri della squadra, che si sono appena laureati alla NUS nel luglio 2018, sono stati supervisionati congiuntamente da Brian Shohei Teo del programma iDP per questo progetto.

Il signor Yeo ha detto, "Abbiamo incontrato molte sfide ingegneristiche durante la costruzione del drone. Queste includevano la ricerca di un numero ottimale di celle solari efficienti e abbastanza leggere da alimentare il sistema di propulsione, che a sua volta deve essere leggero e allo stesso tempo in grado di produrre una spinta sufficiente per sollevare l'aeromobile. Altri problemi che abbiamo affrontato includevano la messa a punto e la calibrazione dei controlli di volo per migliorare la stabilità del volo, oltre a progettare un telaio leggero ma sufficientemente rigido. Questa è stata un'ottima opportunità di apprendimento per noi".

"Essere in grado di far volare qualcosa sotto controllo per lungo tempo è un problema di ingegneria molto complesso. I nostri studenti hanno raggiunto il volo nella sua forma più pura, alimentato dalla luce solare naturale. Questo è un risultato straordinario, " disse il signor Teo.

Il team continuerà a mettere a punto il velivolo per migliorarne ulteriormente l'efficienza. Con questi miglioramenti, sperano di avvicinare la tecnologia alla commercializzazione.