Un piccolo diamante coltivato in laboratorio di pochi millimetri per lato potrebbe un giorno consentire ai droni civili di essere ricaricati in volo attraverso un laser. Grazie al diamante, il raggio laser può rimanere abbastanza forte su una lunga distanza da ricaricare le celle fotovoltaiche sulla superficie dei droni. Questo sistema, che non costituisce una minaccia per la salute umana, è sviluppato dallo spin-off dell'EPFL LakeDiamond. Potrebbe anche essere utilizzato per trasmettere energia e dati ai satelliti ed è appena stato incluso nei dieci progetti sostenuti per due anni dall'Ufficio spaziale svizzero.

I droni vengono utilizzati per un numero crescente di scopi. I loro progetti sono sempre più efficienti, e le tecniche per farli volare vengono continuamente perfezionate. Ma i droni hanno ancora lo stesso punto debole:la batteria. Ciò è particolarmente vero per i droni ad elica, che sono popolari per scopi di raccolta di informazioni in regioni pericolose o difficili da raggiungere. Questi droni possono volare solo per circa 15 minuti alla volta perché i loro motori bruciano rapidamente le batterie. Un modo per affrontare questa limitazione, senza appesantire i droni, sarebbe ricaricarli mentre sono in alto utilizzando un sistema di trasmissione di potenza:un raggio laser ricco di energia che è guidato da un sistema di tracciamento e colpisce direttamente le celle fotovoltaiche all'esterno dei droni. .

Diversi laboratori in tutto il mondo, compresi negli Stati Uniti, hanno lavorato su questa idea negli ultimi anni. Lago Diamante, uno spin-off EPFL con sede a Innovation Park, ha ora dimostrato la fattibilità di utilizzare un laser ad alta potenza per questo scopo. Cosa c'è di più, Il laser di LakeDiamond emette una lunghezza d'onda che non può danneggiare la pelle o gli occhi umani:il problema della sicurezza è fondamentale, poiché il sistema è destinato all'uso con droni civili. La tecnologia di LakeDiamond è costruita attorno a diamanti che vengono coltivati ​​nel laboratorio dell'azienda e successivamente incisi a livello atomico.

Record mondiale di potenza

Nonostante le apparenze, i raggi laser standard non sono così dritti come sembrano:mentre viaggiano, si espandono leggermente, portando a una perdita di densità mentre procedono. Ma il sistema di LakeDiamond produce un raggio laser con una lunghezza d'onda di 1,5 µm che, oltre ad essere al sicuro, può viaggiare molto più lontano senza perdere le forze. "Sistemi sviluppati da altre aziende e laboratori, spesso per applicazioni militari, impiegare laser più potenti e quindi più pericolosi per l'uomo, "dice Pasquale Gallo, CEO di LakeDiamond. La sua azienda ha preso la strada opposta:la loro tecnologia trasforma i raggi emessi da un semplice diodo a bassa potenza in un raggio laser di alta qualità. Il loro raggio ha un diametro maggiore, e i suoi raggi rimangono paralleli su una distanza maggiore, in questo caso fino a diverse centinaia di metri.

Nel laser di LakeDiamond, la luce prodotta da un diodo è diretta su un booster composto da materiale riflettente, un componente ottico e una piccola piastra metallica per assorbire il calore. La svolta non sta in questo set-up, che già esiste, ma con il fatto che il raggio emesso è forte solo di poche decine di watt. Il segreto sta nell'usare un piccolo diamante quadrato coltivato in laboratorio come componente ottico, in quanto offre prestazioni senza pari. Il sistema di LakeDiamond detiene il record mondiale di funzionamento continuo utilizzando una lunghezza d'onda nel mezzo della gamma a infrarossi:fornisce più di 30 watt nella sua configurazione di base. "E' equivalente a circa 10, 000 puntatori laser, "aggiunge Gallo.

Le proprietà chiave dei diamanti coltivati ​​in laboratorio includono l'elevata trasparenza e conduttività termica. Raggiungere queste cose - e padroneggiare il processo di nanoincisione - ha richiesto ai ricercatori oltre dieci anni di sviluppo. LakeDiamond coltiva i suoi diamanti attraverso un processo di deposizione chimica da vapore, un approccio che ne garantisca la purezza e la riproducibilità. Le superfici dei minuscoli diamanti quadrati risultanti vengono quindi scolpite a livello nanometrico utilizzando l'esperienza sviluppata nel laboratorio di Niels Quack presso l'EPFL. Grazie alle loro proprietà intrinseche e alle forme incise, i diamanti sono in grado di trasferire calore ad una piccola piastra metallica che lo dissipa, riflettendo allo stesso tempo la luce in modo da creare un raggio laser.

"Per ottenere una maggiore potenza - diciamo per ricaricare un drone più grande - questi laser potrebbero essere facilmente azionati in serie, "dice Nicolas Malpiece, che è responsabile della trasmissione di energia a LakeDiamond. Il sistema di ricarica remota dell'azienda funziona in laboratorio ma richiederà ulteriori sviluppi e perfezionamenti prima che sia pronto per l'uso sul campo. Cosa accadrebbe se un drone volasse dietro un ostacolo e venisse tagliato fuori dalla sua fonte di energia laser? Attualmente si stanno esplorando diversi approcci a questo problema. Una piccola batteria di riserva potrebbe prendere il sopravvento temporaneamente, o, per missioni di raccolta di informazioni su terreni accidentati, ad esempio, il drone potrebbe semplicemente tornare nel raggio del laser per ricaricare la batteria.

Questo sistema di trasmissione dell'energia è interessante anche per altri campi di applicazione. Può ad esempio essere utilizzato per caricare e trasmettere dati ai satelliti. Lo sviluppo del sistema è incluso in un programma di supporto dell'Ufficio spaziale svizzero, che ha avuto inizio il 1 novembre e ha una durata di due anni.