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太陽能四軸無人機飛行關鍵在於維持電性變動穩定(之二)

  • 黃逸平
台灣大學電資學院特聘教授林清富突破太陽能四軸無人機關鍵技術,創下最長飛行時間

2017年12月時才飛30幾分鐘,最主要原因是,當增加電量時,重量就會增加,重量增加同時耗電就會增加,這就是無人機電池遇到的最大挑戰。等到它達到一個階段後,飛行時間不僅沒有增加,還會減少。如果只用電池支持無人機的話,通常僅能飛行20幾分鐘。因此必須再將太陽能比例拉大,當然最直接是把太陽能面積變大,但重量也會增加,有個最好的黃金比例,我們有定量的數學模型可以估算,這對實際製作極有幫助。

另一方面,無人機要能在空中飛行,其姿態,如俯仰角度,左右傾斜角度等,必須一直變動以維持動態平衡,但這會造成電的需求一直改變,對於太陽能電池而言,若是電性變動劇烈,會衍生其他問題,這在短時間內難以發現,一旦時間拉長,就會直接燒掉相關電子零件,這是如新加坡大學等地用太陽能僅飛行幾分鐘時無法發現的狀況,我們能飛數小時,也是因為解決了此劇烈變動的問題,這部分的研發深度與進展,應該是領先全世界。

太陽能無人機未來可能的應用場景為何?若要從事商業應有哪些瓶頸尚需克服呢?

答:太陽能無人機的應用有幾個面向,安全性、方便性和時間,太陽能與電池比燃料安全許多。方便性來說,旋翼比固定翼好,但旋翼機使用電池則無法飛久。利用太陽能能夠兼顧安全性、方便性和長時間等。我們預估太陽能無人機在農作物監測的應用很合適,如生長狀況、植物病蟲害、熟成狀況檢視等等。載貨方面,因為需要能負重,技術上必須克服重量問題,目前承重範圍預計在4磅以內應該可以做到。

業餘玩家變專家

問:請問開發太陽能無人機最大的挑戰是什麼?

答:目前最大的瓶頸就是募資,我有信心相關技術問題都可以克服,目前還在找人投資。我們可飛3個多小時,其實還有改善的空間,未來目標是將時間拉長,達6~7小時,可以符合日出而作,日落而息的自然作息。

另一方面,直覺上看,風是無人機的敵人,但我們可以將阻力化成助力。例如老鷹是利用上升氣流盤旋,我們的太陽能板就是我們的翅膀,有翅膀就飛得高、飛得遠,可以進一步設計成可調整的,用微處理器控制。

問:想請教老師之所以投入太陽能無人機研究的緣起?如今創下紀錄心理最有感的是?

答:我原來只是無人機業餘玩家,因為電池很容易沒電,每次周末去玩都得帶一大把電池,後來想想我自己做太陽能研究相當久了,為何不能拿來解決此問題?於是開始估算其可行性。而更早緣起是幾年前,有次在校園,理完頭髮經過大草坪,有人在玩無人機,在旁邊看了一陣子後,竟然對方借我玩,我玩了一下,發現沒想像中困難,我小時候沒有像別人一樣玩遙控飛機或遙控車,這次卻因此激發了玩遙控飛機的興趣,於是也去買一台一模一樣的無人機。

我本來就是很愛東改西改的人,壞掉了就去買零件修理,也漸漸加入一些無人機社群。結果是「毒癮」愈來愈兇,本來買幾十塊,後來愈玩愈大,買幾百塊的東西,再來到幾千元的數量級,後來有了計畫支持,更是以萬元為單位的花費,我想現在應該是無人機玩家裡面花最多錢的人。

玩無人機會上癮,為什麼呢?其實玩無人機要很專心的,因為你會沉浸在裡面,沒時間去想煩惱事。像有人說面試學生的過程很辛苦,因為學生都講得大同小異,所以我建議他們利用中間休息時間玩玩無人機,可以讓你忘記很多事情,在聽第二個學生回答時,就不會記起第一個學生講過什麼,相當於把大腦重設。(黃逸平/專訪,賴至巧/整理)

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