飛行時間有限是限制微型飛行器（MAVs）廣泛應用的一個重要障礙，尤其是對于重量不到10克的超輕型MAVs，通常它們的飛行續航時間不超過10分鐘。

太陽能是提高超輕型MAVs續航能力的潛在替代方案，但由于飛行器的有效載荷能力有限，以及傳統推進系統的升力-功率效率較低，以前的研究尚未實現完全由自然陽光驅動的MAVs的無限制持續飛行。

2024年7月17日，北京航空航天大學閆曉軍教授和漆明凈副教授在國際頂級期刊Nature發表題為《Sunlight-powered sustained flight of an ultralight micro aerial vehicle》的研究論文。

為了應對這些挑戰，研究團隊推出了CoulombFly，一種由靜電驅動推進系統組成的靜電飛行器。

集成飛行器及其由陽光驅動的持續飛行操作。

其升力-功率效率高達30.7 g W^?1，以及一個超輕型千伏電力系統，其功耗低至0.568 W，以實現在自然陽光條件下（920 W m^?2）的MAVs的太陽能持續飛行。

該飛行器的總重量僅為4.21克，是現有最輕的太陽能飛行器的1/600。

飛行器的尺寸比較和小型化

通過系統級設計探索，研究人員集成了靜電驅動推進系統、超輕HVPC和高功率密度太陽能電池，讓陽光驅動4.21克超輕飛行器持續飛行。

當前系統在 8.5kV 電壓下測得的最大升力為 5.8g，額外有效負載能力約為 1.59g，可攜帶額外的輕型執行器、傳感器和控制電子設備，以實現未來的自主操作。

這次由陽光驅動的持續飛行演示是開發長飛行時間微型飛行器的一個重要里程碑。利用靜電驅動推進系統進行飛行是微型飛行器和納米飛行器中一種創新且有效的方法，為飛行器設計提供了另一種選擇。該系統可以大幅提高微型飛行器的續航能力，從而擴大其未來的潛在應用，例如遠距離、長時間的空中偵察。

該研究獲得Nature/Science頂級期刊的同時封面推薦！

文獻信息：Shen, W., Peng, J., Ma, R. et al. Sunlight-powered sustained flight of an ultralight micro aerial vehicle. Nature 631, 537–543 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07609-4