Os drones agrícolas já conseguem mapear lavouras, acompanhar o desenvolvimento das plantas e observar grandes áreas sem que uma pessoa precise percorrer o campo, mas continuam presos a uma limitação bastante física: a energia disponível a bordo. Um novo sistema experimental desenvolvido na China tenta mudar essa equação ao transmitir energia por laser e convertê-la em eletricidade diretamente na aeronave.
O trabalho reúne pesquisadores da Civil Aviation University of China e da Tsinghua University e tem entre seus responsáveis Jianhua Han, professor da School of Aeronautical Engineering da Civil Aviation University of China, e Hong Lin, professor do Department of Materials Science da Tsinghua University.
O resultado mais chamativo está no receptor: durante os testes, o dispositivo conseguiu converter 38,49% da energia recebida de um laser verde em eletricidade.
Mais importante do que o número isolado, porém, é entender o que aconteceu fisicamente no experimento.
Um laser verde consegue entregar eletricidade ao drone
O sistema utiliza um dispositivo híbrido formado por uma célula de perovskita sensível ao laser e uma camada termoelétrica.
A primeira parte trabalha de maneira comparável a uma célula solar, mas existe uma diferença fundamental. Em vez de receber a radiação ampla proveniente do Sol, ela foi desenvolvida para converter a energia concentrada de um feixe de laser em eletricidade.
A camada termoelétrica aproveita outra consequência inevitável desse processo: o calor.
Quando existe uma diferença de temperatura entre os lados quente e frio desse componente, parte dessa energia térmica também pode ser transformada em eletricidade.
É uma combinação particularmente interessante para futuros drones agrícolas, porque tenta aproveitar tanto a luz recebida quanto parte da energia térmica que normalmente seria tratada apenas como um problema.
E o calor realmente se tornou um problema.
O receptor chegou perto dos 90 °C
Durante testes com laser de alta potência, imagens térmicas indicaram temperaturas entre 80 °C e 90 °C.
Calor excessivo reduz a eficiência do sistema e pode comprometer os componentes. Os pesquisadores, então, incorporaram nanocristais de trisseleneto de antimônio ao dispositivo. O material funciona como uma barreira térmica, dificultando a transferência de calor através do receptor.
Mas a equipe foi além do próprio material.
O receptor foi instalado sob a asa de um modelo estacionário de drone, enquanto canais foram construídos na estrutura para permitir a circulação de ar.
Nesse ponto, uma característica que normalmente existe apenas para produzir sustentação e propulsão ganhou uma segunda função.
O fluxo de ar produzido pela própria hélice passou a ajudar no resfriamento do receptor.
Com o laser verde direcionado ao dispositivo, a eletricidade gerada foi suficiente para movimentar a hélice do modelo. Foi nessa configuração que a eficiência de conversão chegou aos 38,49%.
Por que isso pode ser importante para drones agrícolas?
Imagine uma aeronave realizando continuamente o monitoramento de centenas de hectares.
Mesmo que sensores, câmeras multiespectrais, visão computacional e sistemas de navegação se tornem cada vez mais sofisticados, existe uma limitação simples: quando a bateria chega ao nível crítico, o drone precisa interromper sua missão.
É justamente essa barreira que torna a transmissão de energia à distância interessante para os drones agrícolas.
Em um cenário futuro, uma estação terrestre poderia transmitir energia para uma aeronave durante uma missão prolongada. Isso poderia ser especialmente relevante em aplicações de monitoramento de lavouras, florestas, infraestrutura rural ou áreas de difícil acesso.
Jianhua Han resume o desafio ao apontar que, conforme as missões ficam mais longas, a duração da bateria se transforma em uma das principais barreiras para os drones.
O objetivo, portanto, não é simplesmente construir uma bateria maior. A mudança conceitual é outra: levar energia até a aeronave sem obrigá-la a pousar.
Ainda existe uma distância considerável até uma lavoura real
Apesar do potencial, os drones agrícolas alimentados por laser ainda não estão prontos para permanecer indefinidamente sobre uma plantação.
O experimento foi realizado com um modelo estacionário. O próximo passo previsto pelos pesquisadores é testar o dispositivo em um drone leve, em voo e sob condições externas reais.
Isso introduz problemas bem mais difíceis.
O feixe precisa acompanhar com precisão uma aeronave em movimento. Nuvens, neblina, poeira e outras condições atmosféricas podem interferir na transmissão da energia. A segurança de um sistema baseado em laser de alta potência também precisa ser considerada.
É justamente aí que o projeto deixa de ser apenas uma experiência com materiais.
Como explica Jianhua Han, o desafio passa a envolver a integração do receptor à aeronave, seu resfriamento durante a operação e a compatibilidade de todo o conjunto com o voo.
Para a agricultura, essa distinção é essencial. Ainda não existe um drone comercial sobrevoando plantações enquanto recebe continuamente energia de um laser instalado no solo.
Mas o teste demonstra algo que poucos anos atrás pareceria muito mais distante: a energia enviada em forma de luz já conseguiu atravessar o espaço entre uma fonte e um receptor, ser convertida em eletricidade e movimentar a hélice de um drone.
Se os próximos testes conseguirem repetir isso com uma aeronave efetivamente voando, a autonomia dos drones poderá deixar de depender apenas do tamanho da bateria que eles conseguem carregar.