钻石配激光,没了电池也能飞

瑞士一家名为LakeDiamond的公司利用自家开发的人工钻石和激光发生器相结合，产生高质量的远距离光束，从而能够实现对无人机的远距离无线充电。目前无人机的数量正在成倍增加。据美国联邦航空管理局(FAA)称，到2022年将有70万架小型无人机在美国上空飞行，负责运送包裹、监控交通、检查桥梁，以及填补其他尚未发现的应用市场。

LakeDiamond所开发的钻石具有良好的一致性和平行性，可以延伸数百米

为了更好地完成这项工作，每一台机器都需要电力来驱动螺旋桨和传感器。大多数无人机会从随身携带的电池中获取电能。有些可能直接使用电缆从电网中获取电能。

而且，如果一家瑞士公司能如愿以偿，那么在钻石的帮助下，一些无人机或将能够持续停留在空中。可能会继续留在高空。

激光实际上是通过钻石激发的。这种概念和科学电影中联邦星舰进取号提供动力的那种二锂晶体装置相比并不遥远。长期以来，激光一直被认为是直接向无人机提供电力的潜在解决方案，方法是将激光聚焦在无人机上的光伏电池。美国国防部高级研究计划局、美国陆军、独立研究小组和私营公司都在研究这个想法。

所有人都面临的关键挑战之一是，如何保证激光光束的质量不会随着距离的增加而下降，从而保证其为无人机提供持续且足够强的光线。瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology)旗下机构LakeDiamond的研究人员认为，他们的解决方案可能是二锂晶体。

他们已经开发出一种人造钻石，可以帮助激光束在更长的距离内保持其光照质量。他们说，这些钻石增强电源的地面供电网络可以让无人机飞得很远，而不需要浪费电力来拖着它们的大电池到处跑。

LakeDiamond首席执行官帕斯卡尔·加洛(Pascal Gallo)说，该公司实验室制造的钻石是一个光滑的小矩形，直接放在激光源的前面，其可以将一个低功率的激光二极管转换成光束。这种激光光束具有一致性和平行性，可以延伸数百米。钻石是极好的导热体，而且对光透明，可以通过产生大量热量的高密度激光束，然后将这些热量散去，让更多的能量通过。

“腔内含有钻石的激光器可以产生非常强、几乎完美的光束，发散度极低，”加洛说。

LakeDiamond研发的人造钻石比天然钻石更纯净。这种人造钻石由碳原子在晶体图案中分层制造，蚀刻在表面上的光栅产生镜像效果，从而决定了光束的宽度。该公司目前开发的测试系统使用1.55微米激光器产生4瓦的能量，相当于1万个激光指示器所需的电力。其可以为手掌大小、携带相机的小型无人机提供动力，在长达10米的距离内源源不断地提供动力。加洛说，下一步他们将能够为专业无人机提供100瓦的电力，最长距离可达100米，他们希望在未来几年实现这一目标。

钻石可能不足以实现这一目标。斯坦福大学(Stanford University)光子科学教授罗伯特?拜尔(Robert Byer)表示，如今的激光技术已经足够强大，能够满足这些能量需求。“即使是5瓦的激光指示器也足以为附近的无人机提供动力。”他说，问题在于现有的光伏电池每平方米大约能产生200瓦的能量。安装在无人机上的光伏电池必须体积适中，以便在不影响无人机功能的情况下发挥作用。

不过，如果这种激光发生器真的能像宣传那样发挥作用，那它就完全可以在不使用重型电池的情况下飞行，前提是它们要沿着这些通过GPS跟踪系统设定的能量传输激光网络飞行。(无人机上还会配置备用电池，有足够的电力着陆。)考虑到地面发电站的密集程度，无人机可以在源源不断的电力供应下飞行数百英里。LakeDiamond表示，一架手掌大小、耗电量2到3瓦、运行时间30分钟的无人机，只需1分钟就可以充满电。

最终，同样的技术也可以被用来向在地球上空700英里轨道上运行的卫星发送能量和数据——LakeDiamond刚刚从瑞士航天中心和欧洲航天局获得了资助。为了获得额外的资金，他们正在开发钻石市场，为他们的研究提供资金。一颗1克拉5毫米的“亮圆形”钻石由情侣们也是用这种工艺制作而成，售价高达14400美元