MÜNCHEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein Forscherteam aus China arbeitet an einer Drohne, die Energie über einen Laserstrahl erhält statt einen schweren Akku mitzuführen. Der Empfänger unter dem Flügel kombiniert eine perowskitbasierte Photovoltaikzelle zur Stromumwandlung mit einer thermoelektrischen Schicht, um die entstehende Wärme zu verwerten. Laut den vorliegenden Laborergebnissen soll die Zelle einen Wirkungsgrad von fast 40 Prozent erreichen, während der Flug selbst die Kühlung unterstützt. Als Nächstes wollen die Forschenden den Langzeitbetrieb im Flug testen, während parallel bereits erste Tests aus dem militärischen Umfeld bekannt wurden.
Die größte Bremse bei elektrischen Drohnen ist selten der Motor, sondern die Energiewand: Klassische Quadrokopter und Mini-Flugzeuge bleiben in der Praxis meist nur so lange in der Luft, wie ihre Akkus genug Strom liefern. Das bedeutet für Einsatzkräfte in Feuerwehr und Rettungsdiensten nicht nur kurze Flugfenster, sondern auch häufigere Landungen zum Wechseln von Batterien – obwohl Drohnen gerade bei Waldbränden oder bei der Suche nach Vermissten wertvolle Echtzeitbilder liefern können. Genau hier setzt der aktuelle Ansatz an: Energie soll nicht mehr an Bord gespeichert, sondern per Laserstrahl zugeführt werden, sodass die Flugzeit nicht mehr durch die Akkukapazität limitiert wird, sondern durch die Fähigkeit, Sender und Empfänger zuverlässig „im Sichtfeld“ zu halten.
Technisch basiert das Konzept auf einer Art drahtloser Energiebereitstellung, bei der der Sender einen Laser emittiert und die Drohne darunter einen passenden Empfänger trägt. In dem von Jianhua Han und seinem Team beschriebenen Prototyp sitzt unter dem Flügel eine photovoltaische Zelle, deren Funktionsprinzip an Solarzellen angelehnt ist: Eine Schicht aus Perowskit wandelt die Laserenergie in elektrische Energie um, die anschließend einen elektrischen Propeller antreibt. Entscheidend ist dabei nicht nur die Umwandlung an sich, sondern auch der Umgang mit der thermischen Last. Denn der Empfänger wird durch die Laserbestrahlung stark erhitzt, und genau diese Wärme soll in zusätzliche elektrische Energie überführt werden – mit einer weiteren thermoelektrischen Schicht, die den Temperaturgradienten direkt ausnutzt.
Parallel dazu adressiert das Design das praktische Problem der Kühlung. Die Zelle ist so integriert, dass der Luftstrom im Flug den Empfänger mit Luft versorgt; die Autoren führen aus, dass dadurch die Thermik besser beherrschbar bleibt. Besonders relevant für die technische Machbarkeit ist außerdem der Wirkungsgrad: Für die Zelle wird in den Ergebnissen ein Wert „mit fast 40 Prozent“ genannt. In der Summe entsteht damit ein Empfänger, der zwei Energiepfade nutzt – einmal Photovoltaik für die direkte Umwandlung der Laserstrahlung und zusätzlich Thermoelektrik, um den Wärmeeintrag verwertbar zu machen. Dass ein solcher Hybrider Ansatz überhaupt so hohe Effizienzwerte anstrebt, macht den Schritt vom theoretischen Laser-Power-Beaming hin zu einer drohnenfähigen Hardware greifbarer, auch wenn der Prototyp bislang nur als Laboraufbau beschrieben ist.
Damit bleibt die zentrale Frage allerdings offen: Wie robust funktioniert das System, wenn die Drohne wirklich fliegt und sich dabei relativ zum Sender bewegt? Die Autoren benennen genau diesen Punkt, weil der Laserstrahl präzise auf den Empfänger ausgerichtet werden muss, während die Drohne nickt, rollt und beschleunigt. Gleichzeitig gibt es bereits Vorläufer, die zeigen, dass Langzeitflüge mit Laserenergie grundsätzlich realisierbar sein können – so berichtete der Text etwa von einem Start-up aus München, das bereits 2010 einen Quadrokopter mit Laserenergie mehr als 12 Stunden in der Luft halten konnte, jedoch ebenfalls unter Laborbedingungen. Diese Historie ist wichtig, weil sie die heutige Entwicklung in eine Linie setzt: Nach den ersten Demonstrationen geht es jetzt um die nächste Stufe, nämlich um einen Flugbetrieb außerhalb der idealisierten Laborgeometrie.
Während das Team um Han seinen Ansatz als nächsten Schritt im Flug testen will, taucht die Technologie parallel auch in sicherheitsnahen Anwendungen auf. Im Text wird ein US-Unternehmen genannt, das im April mit einem Infrarot-Laser eine militärische Flügel-Drohne mit Energie für deren Systeme versorgt haben soll – bis zu einer Höhe von 1500 Metern. Solche Tests zeigen, dass der Markt die technischen Bausteine nicht nur als Experiment betrachtet, sondern als potenziellen Weg zu längerer Missionsdauer und höherer Ausdauer ohne regelmäßigen Batteriewechsel. Gerade im Kontext von Aufklärung und Lenkwaffen in Konfliktszenarien, wie sie im Artikel angesprochen werden, erklärt das auch die schnelle Investitions- und Entwicklungsdynamik rund um drahtlose Energiebereitstellung per Licht.
Für die weitere Entwicklung entscheidend wird nun, wie gut sich das System in echte Einsatzprofile übertragen lässt. Laserenergie ist nicht automatisch „unbegrenzt“: Sie ist an freie Sichtverhältnisse zwischen Sender und Empfänger gebunden, was bei Bewölkung, Regen oder in unruhigem Gelände die erreichbare Missionsdauer begrenzen kann. Gleichzeitig rückt die Frage nach dem Zusammenspiel aus Flugkontrolle, Ausrichtung, Sicherheitsabständen und effizienten Empfängern in den Vordergrund. Wenn die perowskitbasierte Zelle plus thermoelektrische Schicht im Flug stabil bleibt und sich die Zielgenauigkeit für den Strahl tatsächlich beherrschen lässt, entsteht eine neue Klasse von Drohnenarchitekturen, bei denen die Nutzlast und die Flugzeit weniger gegen Akkumasse „ausbalanciert“ werden müssen. Bis dahin bleibt das Feld spannend, weil es sowohl von Material- und Effizienzfortschritten bei Perowskit als auch von Regelungs- und Ausrichtungsalgorithmen in der Praxis lebt – und weil der nächste Testflug das Zusammenspiel aus beiden Ebenen sichtbar machen wird.
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