Een kleine in het laboratorium gekweekte diamant van enkele millimeters per zijde zou het op een dag mogelijk kunnen maken om civiele drones halverwege de vlucht op te laden via een laser. Dankzij de diamant de laserstraal kan over een lange afstand sterk genoeg blijven om fotovoltaïsche cellen op het oppervlak van de drones op te laden. Dit systeem, die geen gevaar vormt voor de menselijke gezondheid, wordt ontwikkeld door EPFL spin-off LakeDiamond. Het kan ook worden gebruikt om zowel stroom als gegevens naar satellieten te verzenden en is zojuist opgenomen in de tien projecten die gedurende twee jaar worden ondersteund door het Swiss Space Office.

Drones worden voor steeds meer doeleinden ingezet. Hun ontwerpen zijn steeds efficiënter, en technieken om ermee te vliegen worden steeds verder verfijnd. Maar drones hebben nog steeds hetzelfde zwakke punt:hun batterij. Dit geldt met name voor propellerdrones, die populair zijn voor het verzamelen van informatie in gevaarlijke of moeilijk bereikbare gebieden. Deze drones kunnen slechts ongeveer 15 minuten per keer vliegen omdat hun motoren hun batterijen snel doorbranden. Een manier om deze beperking aan te pakken - zonder de drones te verzwaren - zou zijn om ze in de lucht op te laden met behulp van een power beaming-systeem:een energierijke laserstraal die wordt geleid door een volgsysteem en direct schijnt op fotovoltaïsche cellen aan de buitenkant van de drones .

Verschillende laboratoria over de hele wereld, ook in de VS, hebben de afgelopen jaren aan dit idee gewerkt. MeerDiamant, een spin-off van EPFL op Innovation Park, heeft nu de haalbaarheid aangetoond van het gebruik van een krachtige laser voor dit doel. Bovendien, De laser van LakeDiamond zendt een golflengte uit die de menselijke huid of ogen niet kan beschadigen – veiligheid staat voorop, aangezien het systeem bedoeld is voor gebruik met civiele drones. De technologie van LakeDiamond is opgebouwd rond diamanten die in het laboratorium van het bedrijf worden gekweekt en vervolgens op atomair niveau worden geëtst.

Wereldrecord voor macht

Ondanks de schijn, standaard laserstralen zijn niet zo recht als ze lijken:als ze reizen, ze breiden zich steeds een beetje uit, wat leidt tot een verlies in dichtheid als ze gaan. Maar het systeem van LakeDiamond produceert een laserstraal met een golflengte van 1,5 µm die, behalve dat het veilig is, veel verder kan reizen zonder kracht te verliezen. "Systemen ontwikkeld door andere bedrijven en laboratoria, vaak voor militaire toepassingen, lasers gebruiken die krachtiger en dus gevaarlijker zijn voor mensen, " zegt Pascal Gallo, CEO van LakeDiamond. Zijn bedrijf nam de tegenovergestelde richting:hun technologie transformeert de stralen die worden uitgezonden door een eenvoudige laagvermogendiode in een hoogwaardige laserstraal. Hun straal heeft een grotere diameter, en zijn stralen blijven over een langere afstand evenwijdig - in dit geval tot enkele honderden meters.

In LakeDiamond's laser, het licht dat door een diode wordt geproduceerd, wordt gericht op een booster die is samengesteld uit reflecterend materiaal, een optische component en een metalen plaatje om de warmte op te nemen. De doorbraak ligt niet bij deze opzet, die al bestaat, maar met het feit dat de uitgezonden bundel slechts enkele tientallen watts sterk is. Het geheim is het gebruik van een kleine vierkante in het laboratorium gekweekte diamant als optische component, omdat dit ongeëvenaarde prestaties levert. Het systeem van LakeDiamond heeft het wereldrecord voor continu gebruik met een golflengte in het midden van het infraroodbereik - het levert meer dan 30 watt in de basisconfiguratie. "Dat komt overeen met ongeveer 10, 000 laserpointers, ", voegt Gallo toe.

De belangrijkste eigenschappen van de in het laboratorium gekweekte diamanten zijn hoge transparantie en thermische geleidbaarheid. Om die dingen te bereiken - en het nano-etsproces onder de knie te krijgen - hebben de onderzoekers meer dan tien jaar ontwikkeling nodig gehad. LakeDiamond laat zijn diamanten groeien door een proces van chemische dampafzetting, een aanpak die hun zuiverheid en reproduceerbaarheid garandeert. De oppervlakken van de resulterende kleine vierkante diamanten worden vervolgens op nanoniveau gebeeldhouwd met behulp van expertise die is ontwikkeld in het laboratorium van Niels Quack bij EPFL. Dankzij hun inherente eigenschappen en geëtste vormen, de diamanten zijn in staat om warmte over te brengen naar een kleine metalen plaat die het afvoert, terwijl tegelijkertijd het licht zo wordt gereflecteerd dat er een laserstraal ontstaat.

"Om meer vermogen te bereiken, bijvoorbeeld om een ​​grotere drone op te laden, zouden deze lasers gemakkelijk in serie kunnen worden gebruikt. " zegt Nicolas Malpiece, die verantwoordelijk is voor de stroomvoorziening bij LakeDiamond. Het oplaadsysteem op afstand van het bedrijf werkt in het laboratorium, maar moet verder worden ontwikkeld en verfijnd voordat het klaar is voor gebruik in het veld. Wat zou er gebeuren als een drone achter een obstakel vliegt en wordt afgesneden van zijn laserenergiebron? Verschillende benaderingen van dit probleem worden momenteel onderzocht. Een kleine back-up batterij kan het tijdelijk overnemen, of, voor het verzamelen van informatie over bijvoorbeeld ruw terrein, de drone zou eenvoudig binnen het bereik van de laser kunnen terugkeren om zijn batterij op te laden.

Dit energietransmissiesysteem is ook interessant voor andere toepassingsgebieden. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor het opladen en verzenden van gegevens naar satellieten. De ontwikkeling van het systeem is opgenomen in een ondersteuningsprogramma van het Swiss Space Office, die op 1 november begon en een looptijd heeft van twee jaar.