Dieses Genie „Vampir-Drohne“ soll für immer fliegen
Die Drohnen ernähren sich von Strom aus Stromleitungen, um sicherzustellen, dass sie weiter fliegen können.
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Ingenieure der Universität Süddänemark haben eine ingenhäre Technologie entwickelt, die es einer Drohne ermöglicht, praktisch für immer zu fliegen, ohne jemals wieder auf den Boden zurückkehren zu müssen. Dank eines Docking-Mechanismus, seiner Sensoren und des künstlichen Intelligenzsystems kann die Drohne jedes Mal eine Stromleitung erkennen, wenn sie ihre Batterien wieder aufladen muss, sich dem Hochspannungskabel nähert und sich von unten an sie klammert und Strom wie eine Art elektrischer Vampir saugt.
„Die Drohnen könnten im Wesentlichen im Netz leben und für längere Zeit ohne Bedarf an menschlicher Interaktion völlig autonom arbeiten“, erklärte das Entwicklungsteam per E-Mail.
Das Konzept, Stromleitungen zur Ladung von Drohnen zu verwenden, entstand im Jahr 2017, als Emad Ebeidca Professor an der Universität von Süddänemark (SDU) Drohnenanwendungen erforschte und die Inspektion von Stromleitungen als Interessengebiet herausstellte. Laut den Drohnenentwicklern stellte Ebeid fest, dass der aktuelle Inspektionsprozess, der auf Hubschrauber und Bodenpersonal angewiesen war, sowohl teuer als auch ineffizient war. Er hielt Drohnen für die natürliche Alternative zu diesem sehr teuren Wartungsaufwand. Diese Flugmaschinen können ferngesteuert oder sogar autonom über die Linien geflogen werden.
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Es gab nur ein Problem: Drohnen haben eine sehr begrenzte Akkulaufzeit - maximal 40 Minuten, wobei die meisten Modelle auf Industrieebene nach etwa 30 Minuten Laufzeit abfielen. Ebeids Plan würde erfordern, dass eine menschliche Besatzung dauerhaft in der Nähe der Drohne ist, um den Zweck zu vereiteln, diese kleinen autonomen Maschinen zu verwenden.
Um eine vollständige Autonomie zu erreichen, mussten die Drohnen ohne menschliches Eingreifen leicht aufladen. Die offensichtliche Antwort stellte sich direkt vor Ebeid heraus: die Stromleitungen selbst.
Wie sie es geschafft haben
Die Sicherstellung, dass eine Drohne gefunden werden kann, sicher zu greifen und Strom aus einer Stromleitung zu saugen, würde sich als ein anspruchsvolles Designproblem erweisen. Das erste Problem, das die Forscher in Angriff genommen haben, war, wie man die Drohnen dazu bringt, mit der Stromleitung zu interagieren. "Standardmäßig sollen Drohnen während des Fluges und des Bodens während der Landung nicht physisch mit etwas anderem interagieren als mit der Luft", erklären die Forscher. „Als wir also einige der frühen Manöver testeten, um die Stromleitung mit der Drohne zu kontaktieren, handelte es manchmal auf unerwartete Weise.“Während der Tests stand ein erfahrener Sicherheitspilot vor, der die Kontrolle über die Drohne übernehmen konnte. Jeder Fehler könnte zu großen Schäden und sogar Waldbränden führen, wenn die Drohne über einem Wald in Flammen aufging. Nach vielen Tests programmierten die Wissenschaftler die Drohne, um sich der Stromleitung von unten zu nähern, was das Kollisionsrisiko verringerte.
Von dort mussten sie herausfinden, wie sie die Drohne sicher bis zur Stromleitung sichern konnte. Die Forscher statteten die Drohne mit Greifern aus, im Grunde eine isolierte Klemme, die die Stromleitung greift, ohne Strom an die Drohne selbst zu leiten. Der Greifmechanismus erfordert keine Arbeiten. Die Software der Drohne erkennt, wenn der Greifer am richtigen Ort ist, und aktiviert einen elektromagnetischen Mechanismus, der zusammen schnappt und das System sicher anbringt.
Dieses motorlose Design ist wichtig, da die Konstrukteure dem System nicht mehr Gewicht oder zusätzliche Fehlerpunkte hinzufügen wollten. Je einfacher, desto besser. Wenn die Drohnenbatterien voll sind, schneidet ein Stromkreis den Strom ab, der Magnet stoppt die Arbeit, und der Griff öffnet sich, um die Drohne wieder zu fliegen.
Wie man eine Drohne in einen Vampir verwandelt
Die letzte Design-Herausforderung war, wie man die Stromleitung nutzt, um die Drohne zu laden, ohne sie zu einer feurigen Kugel aus Metall und Kunststoff zu braten. Die Drohnen konnten nicht einfach bis zu einer Stromleitung sätschen und ihren Strom stehlen. Typische Stromübertragungsleitungen tragen überall 1.000 Volt bis 800.000 Volt. Die Unterhaltungselektronik, einschließlich Drohnen, benötigen dedizierte Transformatoren, um Strom in etwas umzuwandeln, das ihre Batterien verwalten können (etwa 9 Volt).Das Tragen eines Transformators war keine Option – Hochspannungstransformatoren können Hunderte von Tonnen wiegen. Stattdessen beschlossen sie, induktive Kopplungen zu verwenden. Alle Hochspannungsleitungen lecken Energie in Form eines Magnetfeldes um das Kabel. „Das Laden erfolgt induktiv und beruht somit nur auf dem Strom, nicht auf die Spannung der Stromleitung“, erklärt das Team. Dies führt zu einem Strom im Energieernteure der Drohne, einer Metallspule, die sehr ähnlich wie das kabellose Ladegerät Ihres Telefons funktioniert. Mit dem Strom wird dann der Akku der Drohne aufgeladen. Je nach Spannung des Kabels muss eine 9,4 Pfund schwere Drohne zwischen 30 Minuten und sechs Stunden auf einer Stromleitung verbringen.
Die Drohne in Aktion
Schließlich, nach sieben Jahren Entwicklung, haben sie alles zum Arbeiten gebracht. Wenn die Drohne erkennt, dass ihr 7.000-mAh-Akku nahe am niedrigsten ist, geht es in den Modus "Suchen und Erfassen". Seine Kamera aktiviert und identifiziert die nächste Stromleitung, manövriert unter dem Kabel und langsam aufsteigend. Ein Kabelführer greift ein und beginnt sich zu bewegen, um Kontakt aufzunehmen.Wenn der Guide das Kabel kontaktiert, richtet er die Drohne so nach oben, dass der offene Greifer perfekt auf das Stromleitungskabel ausgerichtet ist. Als es aufsteigt, schließt sich der Greifer mit den beiden Seiten der Klemme, die sich über dem Hochspannungskabel schließen. Nach dem Anschluss an die Stromleitung wird der magnetische Steuerkreis aktiviert, um die Klemme sicher zu schließen. An diesem Punkt beginnt unser „elektrischer Vampir“ Energie mit dem induktiven Ladegerät, das sie erfunden haben, zu saugen.
Das Team führte Tests des Systems am HCA Airport in Dänemark durch, was zeigt, dass ihr System funktioniert und effizient ist. Die Drohne führte fünf Aufladungssitzungen ohne menschliches Eingreifen durch, was es ihr ermöglichte, zwei ununterbrochene Stunden zu fliegen - ein großer Sprung von den typischen 30 Minuten. Theoretisch könnte die Drohne auf unbestimmte Zeit fliegen.
Der nächste Schritt, so das Ingenieurteam, wird die Optimierung des Systems und seine Haltbarkeit sein, es bei widrigen Wetterbedingungen zu testen. „Es wird schwierig sein, das System zu verwittern und es auch widerstandsfähig gegen sehr hohe Spannungen zu machen“, sagt das Team. Damit eine Drohne wirklich am Netz lebt, muss sie extrem langlebig und zuverlässig sein, da sie kein Risiko für die öffentliche Sicherheit darstellen kann. „Maßnahmen müssen auch ergriffen werden, um Staus und Entführungen zu vermeiden. Die nächsten Schritte werden also viele technische Arbeiten und Tests beinhalten, um die Funktionalität und Sicherheit des Systems zu überprüfen“, erklären die Forscher.
Eine große Chance
Bevor wir Vampir-Drohnen in den Himmel fliegen sehen, müssen andere Dinge gelöst werden, wie zum Beispiel, wer für die Macht bezahlen wird, die von den Linien gesaugt wird. Die Drohne ist technisch „die bestehe“ Kraft, die sonst nicht verloren gegangen wäre. „Ein Versorgungsunternehmen könnte die Drohne technisch als winzige zusätzliche Last in ihrem Netzwerk sehen können“, beschreiben die Erfinder. Die Forscher glauben, dass Versorgungsunternehmen schließlich diese Art von Drohnen verwenden werden, um die enormen Kosten der Stromleitungsüberwachung und -wartung zu senken.Obwohl die Drohne ein Forschungs- und Unternehmensprojekt bleiben wird, ist es nicht schwer zu sehen, wie der durchschnittliche Drohnen-Enthusiast oder jede Branche ihre Drohne damit ausstatten könnte. Gepaart mit einer Stromzählerlösung könnte jeder den Stromverbrauch aus dem Netz berechnen.
Sobald alle losen Enden gelöst sind, ist die Chance für unsere Zivilisation riesig. "Es gibt weltweit etwa 25 Millionen Meilen Stromleitungen, genug, um den Planeten Erde 1.000 Mal zu umkreisen, von denen die meisten AC sind", sagt das Team. Und all dies kann von jeder Art von Drohnen zum Aufladen verwendet werden, indem alle Arten von 24/7-Netzwerken bereitgestellt werden, die die Art und Weise ändern können, wie ganze Branchen ihre Operationen überwachen, regulieren und optimieren.
Das bedeutet, dass gespartes Geld gespart wurde und in vielen Fällen, wie Notfalleinsätzen - gerettet wurde. Wie die Erfinder sagen, sind die Anwendungen und Vorteile, die sich aus dieser Technologie ableiten lassen, „so weit wie das globale Stromnetz selbst“.
Quelle: fastcompany.com
