Этапы работы

3

Для дрона и ФП была разработана 3D-модель наземной установки и её принципиальная электрическая схема. Схема включает:
- raspberry pi 3 для обработки видео и компьютерного зрения;
- arduino nano для управления шаговыми моторами и включения лазера;
- лазер, шаговые моторы, драйвера к ним, видеокамера, преобразователи напряжения.

Модель наземной установки

1

Аналоги

Анализ информации позволил выявить аналоги нашей разработки:
- технология LaserMotive для передачи энергии на большие расстояния с помощью мощного статического лазера;
- проект powerin.space посвящен передаче энергии для подзарядки мобильных устройств и дронов с помощью мощного ИК-лазера и сложной интерференционной оптики.

4

Алгоритм компьютерного зрения

Мы разработали два алгоритма слежения БПЛА с помощью компьютерного зрения. Первый, более быстрый алгоритм работает при помощи цветового фильтра, в то время как второй, более медленный но точный алгоритм работает при помощи сверточной нейронной сети.

Нами был так-же разработан тестовый приемник, который мы подзаряжали вместо самого дрона из-за низкой мощности данного лазера. Он включает фотоприемник и светодиод, используемый для наведения установки, а так-же печатную плату с пищалкой, используемой для тестирования системы.

Приемник

5

2

Эксперименты

Экспериментальные исследования были посвящены измерению параметров трех лазеров - зеленого (ЗЛ), красного (КЛ) и инфракрасного (ИКЛ) - и их воздействию на различные фотовольтаические элементы - фотоприемники (ФП).
Параметры лазеров следующие: ЗЛ - 520нм/100мВт, КЛ - 650нм/5мВт, ИКЛ - 850нм/3мВт.
Мы измеряли площади лазерных пучков по фотографиям и вычисляли соответствующие плотности оптической мощности [Вт/см2]; яркость [лк] измеряли с помощью люксметра при различных расстояниях до излучателя.
Исследования ФП проводились следующим образом. ФП располагался на различном расстоянии от излучателя и с различной ориентацией поверхности ФП к лазерному пучку для исследования эффективных углов падения света на ФП и максимальных расстояниях передачи энергии. Падающее на ФП излучение приводило к возникновению напряжения на ФП, которое измерялось мультиметром. В результате экспериментов мы выбрали самый мощный лазер (ЗЛ) и ФП с оптимальной эффективностью. Схема из нескольких ФП позволила получить более 2 В.

Технология LaserMotive

Беспроводная передача энергии лазерным излучением powerin.space

После создания 3D моделей и разработки принципа работы мы распечатали детали и собрали прототип наземной станции и светоприёмника.

Прототип наземной станции и приемника

6