Các kỹ sư đã thiết kế và thử nghiệm thành công một cảm biến gió hiệu quả hơn để sử dụng trên máy bay không người lái, khí cầu và các máy bay tự hành khác.
Những cảm biến gió này – được gọi là máy đo gió – được sử dụng để theo dõi tốc độ và hướng gió. Theo các nhà nghiên cứu, khi nhu cầu về máy bay tự lái tăng lên, cần có các cảm biến gió tốt hơn để giúp các phương tiện này dễ dàng cảm nhận được sự thay đổi thời tiết và thực hiện cất cánh và hạ cánh an toàn hơn.
>> Tham khảo: Chất bán dẫn kỳ diệu thế hệ tiếp theo.
Marcelo Dapino, đồng tác giả của nghiên cứu và là giáo sư về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Đại học Bang Ohio, cho biết những cải tiến như vậy có thể cải thiện cách mọi người sử dụng không phận địa phương của họ, cho dù đó là thông qua máy bay không người lái vận chuyển gói hàng hay hành khách một ngày nào đó bay trên máy bay không người lái. .
Dapino cho biết: “Khả năng sử dụng không phận của chúng tôi để di chuyển hoặc vận chuyển mọi thứ một cách hiệu quả có ý nghĩa xã hội rất lớn. “Nhưng để vận hành những vật thể bay này, các phép đo gió chính xác phải có sẵn trong thời gian thực cho dù phương tiện đó có người lái hay không người lái.”
Bên cạnh việc giúp các vật thể trên không vượt qua khoảng cách xa, các phép đo gió chính xác cũng rất quan trọng để dự báo năng lượng và tối ưu hóa hiệu suất của tua-bin gió, ông nói.
Nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Frontiers in Materials.
Dapino cho biết các máy đo gió thông thường khác nhau về cách chúng thu thập dữ liệu, nhưng tất cả chúng đều có những hạn chế.
>> Tham khảo: Kỷ nguyên mới của vật liệu sắt điện hai chiều.
Bởi vì máy đo gió có thể đắt tiền để chế tạo, tiêu thụ nhiều năng lượng và có lực cản khí động học cao – nghĩa là thiết bị chống lại chuyển động của máy bay trong không khí – nhiều loại không phù hợp với máy bay nhỏ.
Nhưng máy đo gió của đội bang Ohio rất nhẹ, năng lượng thấp, lực cản thấp và nhạy cảm hơn với những thay đổi về áp suất so với các loại thông thường.
Leon Headings, đồng tác giả của nghiên cứu và là cộng tác viên nghiên cứu cấp cao về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Bang Ohio, cho biết thiết bị này được chế tạo từ vật liệu thông minh – vật chất có các đặc tính có thể kiểm soát, cho phép chúng cảm nhận và phản ứng với môi trường của chúng.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loại polymer điện gọi là polyvinylidene fluoride (PVDF). Được sử dụng rộng rãi trong lớp phủ kiến trúc và pin lithium ion, PVDF có thể là áp điện, có nghĩa là nó tạo ra năng lượng điện khi có áp suất tác dụng lên nó.
Năng lượng này có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho thiết bị. Điện áp đo được hoặc sự thay đổi điện dung của một miếng màng PVDF dẻo có thể tương quan với tốc độ gió.
Cảm biến PVDF được tích hợp vào cánh máy bay, tương tự như cánh máy bay, giúp giảm lực cản khí động học. Vì cánh gió có thể xoay tự do giống như cánh gió nên nó có thể được sử dụng để đo hướng gió.
>> Tham khảo: Xử lý chất thải mới chuyển đổi hiệu quả nước thải thành khí sinh học.
Nhưng để kiểm tra xem thiết bị của họ sẽ hoạt động như thế nào khi tiếp xúc với bầu khí quyển của Trái đất, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một thí nghiệm hai hướng.
Đầu tiên, cảm biến áp suất được thử nghiệm trong buồng kín để xác định độ nhạy của nó. Sau đó, cảm biến được tích hợp vào cánh máy bay và thử nghiệm trong đường hầm gió.
Kết quả cho thấy cảm biến đo cả áp suất và tốc độ gió cực kỳ tốt. Một la bàn từ kế kỹ thuật số nhỏ được tích hợp vào cánh gió cung cấp dữ liệu hướng gió chính xác bằng cách đo hướng tuyệt đối của cánh gió so với từ trường của Trái đất.
Nhưng cần phải nghiên cứu thêm để chuyển khái niệm cảm biến gió từ môi trường nghiên cứu có kiểm soát sang các ứng dụng thương mại.
Khi nhóm của ông tiếp tục làm việc với PVDF và các vật liệu tiên tiến khác để cải thiện công nghệ cảm biến, Dapino hy vọng rằng công việc của họ cuối cùng sẽ dẫn đến công nghệ có thể sử dụng bên ngoài máy bay, chẳng hạn như tua-bin gió để tạo ra năng lượng sạch, hiệu quả và sẵn có cho máy bay. công cộng.
Dapino cho biết: “Đây là những vật liệu rất tiên tiến và chúng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng. “Chúng tôi muốn xây dựng dựa trên những ứng dụng đó để mang năng lượng gió nhỏ gọn đến tận nhà.”
>> Tham khảo: Các tế bào được lập trình lại để tạo ra các polyme tổng hợp; cũng làm cho chúng kháng virus.
Dự án này là một phần của Trung tâm Khái niệm Phương tiện Thông minh, một Trung tâm Nghiên cứu Hợp tác của Đại học Công nghiệp thuộc Quỹ Khoa học Quốc gia tại Bang Ohio.
Eiji Itakura tại Toyota Motors Corporation ở Nhật Bản và Umesh Gandhi tại Viện Nghiên cứu Toyota Bắc Mỹ dẫn đầu nhóm hỗ trợ nghiên cứu này. Đồng tác giả khác của nghiên cứu là Arun K. Ramanathan, một sinh viên mới tốt nghiệp chương trình kỹ thuật cơ khí của bang Ohio.
