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POWER – Relé Óptico Persistente de Energía Inalámbrica
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Energía Inalámbrica
Desde la invención de los dispositivos eléctricos, la idea de la transmisión inalámbrica de energía ha sido el objetivo final de la industria. Esto reduciría la necesidad de infraestructuras costosas y a menudo frágiles como los cables de energía.
La transmisión inalámbrica de energía también será necesaria para la energía solar basada en el espacio, que es probablemente la forma de alimentar realmente al mundo entero con energía renovable, como describimos en “Soluciones de Energía Basada en el Espacio para Energía Limpia Infinita”.
Sin embargo, ha sido una tarea difícil hasta ahora, ya que la tecnología de transmisión inalámbrica de energía a larga distancia sigue estando en su infancia.
Ha estado cambiando gracias a un nuevo proyecto de DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), la agencia de inteligencia-científica-militar encargada de explorar y probar tecnologías revolucionarias. Llamado POWER (Persistent Optical Wireless Energy Relay), este proyecto ha logrado entregar energía a 8,6 kilómetros (5,3 millas) de distancia.
“No hay duda de que hemos superado absolutamente todas las demostraciones anteriores de transmisión óptica de energía en cuanto a potencia y distancia,”
Este es solo el primer paso de una tecnología que podría cambiar radicalmente la forma en que se transmite la energía, tanto para aplicaciones civiles como militares.
Transferencia Inalámbrica de Energía
Inducción
La transferencia inalámbrica de energía se está convirtiendo en una tecnología relativamente bien dominada, pero solo para distancias cortas. Esto se hace normalmente mediante inducción, usando un campo magnético para transferir la energía y verla convertida de nuevo en corriente eléctrica.
Fuente: How2Electronics
El problema es que este tipo de transmisión de energía solo funciona a distancias cortas, idealmente menos de un metro, lo que lo hace inutilizable para cualquier transmisión de energía a larga distancia.
Láseres
Para transmitir energía a largas distancias en el aire, los láseres son un candidato más probable, ya que la luz coherente puede viajar largas distancias con pérdidas mínimas, al menos mientras las condiciones meteorológicas lo permitan.
Se espera que la transmisión de energía basada en láser sea menos eficiente cerca del suelo, ya que la atmósfera es más densa a esa altitud. Aún así, esa es la condición bajo la cual se probó el dispositivo PRAD (POWER Receiver Array Demo).
“Es mucho más fácil enviar un haz de energía directamente hacia arriba o hacia abajo respecto al suelo porque hay mucho menos atmósfera que atravesar. Para PRAD, queríamos probar bajo el máximo impacto de los efectos atmosféricos.”
Quizá más importante, la luz láser también puede reflejarse relativamente fácilmente con espejos, lo que permite un relevo multipunto con pérdidas mínimas. Esto puede ayudar a transmitir energía a distancias aún mayores y eludir obstáculos como cadenas montañosas o la curvatura de la Tierra, gracias a los relevos en vuelo.
Fuente: DARPA
Resultados Iniciales de POWER & PRAD
El equipo de investigadores registró más de 800 vatios de potencia entregada durante una transmisión de 30 segundos desde un láser a 8,6 kilómetros (5,3 millas) de distancia.
A lo largo de la campaña de pruebas, se transfirió más de un megajulio de energía. Esto sigue estando lejos del equivalente a transferir combustible líquido como el petróleo, ya que 1 galón de diésel equivale a 146 megajulios.
| Proyecto | Potencia Entregada | Distancia |
|---|---|---|
| DARPA POWER (2025) | 800 vatios | 8,6 km (5,3 mi) |
| Récord Anterior (Pre-2025) | 500 vatios | 1,7 km (1,05 mi) |
Aún así, es un gran progreso respecto a intentos anteriores de transmisión inalámbrica de energía, tanto en distancia como en potencia total, ya que los mejores resultados anteriores fueron solo 500 vatios y un máximo de 1,7 kilómetros.
Fuente: DARPA
Receptor Innovador
Crear un haz de energía potente con láseres es una tecnología bien conocida. Enviar esa energía a través del aire, o incluso reflejarla con un espejo o sistemas ópticos, también es una tarea relativamente fácil.
Convertir la luz del láser de nuevo en energía eléctrica utilizable es la parte difícil, especialmente porque necesita limitar las pérdidas tanto como sea posible.
PRAD utilizó una nueva tecnología de receptor con una apertura compacta para que el haz láser incida, asegurando que muy poca luz escape una vez que ha entrado en el receptor.
Fuente: DARPA
Dentro del receptor, un espejo parabólico dispersa el láser en un cono más amplio, reflejando el haz sobre decenas de células fotovoltaicas (paneles solares), convirtiendo la luz de nuevo en energía.
El receptor fue diseñado por Teravec Technologies, con apoyo de Packet Digital y el Rochester Institute of Technology.
Aplicaciones Militares y Civiles de la Energía Inalámbrica
Militar
Tal como está, las aplicaciones de la tecnología parecen estar principalmente relacionadas con lo militar, de ahí la participación de DARPA. Es porque las operaciones militares pueden encontrarse con muchas circunstancias donde transportar energía a una ubicación dada puede ser peligroso o incluso imposible.
Estas pruebas marcan un paso importante hacia el objetivo a largo plazo del programa POWER de poder transmitir instantáneamente energía desde un lugar donde se pueda generar fácilmente a donde sea necesario, abriendo un nuevo espacio de diseño para capacidades de plataformas sin limitaciones de combustible.
La tecnología es escalable a niveles de potencia más altos y puede integrarse en diferentes plataformas, como vehículos aéreos no tripulados (UAV), para apoyar las necesidades a largo plazo del programa POWER.
Otra razón del enfoque principalmente militar es que la eficiencia energética de todo el sistema sigue siendo baja.
La parte clave es que la transformación de electricidad en un haz láser no está exenta de pérdidas, con una conversión que suele rondar el 50 % de eficiencia, potencialmente hasta el 75 % en temperaturas muy bajas.
Convertir ese láser de nuevo en energía también probablemente estará por debajo del 50 % de eficiencia, incluso con células solares de muy alto rendimiento.
Así que, aunque puede tener sentido mantener drones en vuelo o suministrar equipos militares, sistemas como POWER seguirán desperdiciando entre el 50 % y el 80 % de la energía inicial.
En esta prueba, donde la distancia era el foco y no la eficiencia, el equipo midió una eficiencia de más del 20 % desde la potencia óptica del láser hasta la potencia eléctrica del receptor a distancias más cortas.
Esta clase de ineficiencia no es un obstáculo para los militares, ya que las alternativas actuales no son mucho mejores.
“El coronel Paul Calhoun de la Fuerza Aérea de EE. UU. señaló que solía volar tanques de combustible a destinos, y en el proceso quemaba cientos de miles de libras de combustible para entregar miles de libras de combustible.
Así que claramente nuestro paradigma existente es extraordinariamente ineficiente.”
Así que si el reabastecimiento aéreo es solo un 1 % eficiente hoy, la eficiencia del 20 % de POWER es ciertamente una mejora.
Transferencia de Energía
Debido a estas limitaciones, y también al volumen total de energía que POWER puede transferir, este método es poco probable que reemplace pronto las líneas de alta tensión.
Este concepto podría, sin embargo, desplegarse de otra manera para alimentar la red eléctrica. La pérdida de energía solo es un problema si el punto de origen no es tan rico en energía que no importe.
Si podemos dominar la producción masiva y el despliegue de satélites de energía solar, la producción 24/7 de energía a partir de los rayos solares en órbita, sin la interferencia de la atmósfera, sería un orden de magnitud más eficiente que los paneles solares en la superficie. En ese contexto, el envío de energía de vuelta, ya sea con láseres o microondas, aún podría ser lo suficientemente eficiente como para ser económicamente viable.
POWER Fase 2 & 3
Ahora que el prototipo de transmisión de energía ha demostrado ser viable, las pruebas prácticas son las siguientes.
La fase 2 integrará las tecnologías de relevo en cápsulas transportadas en aviones convencionales, culminando en pruebas aéreas de baja potencia.
En una fase 3 posterior y final, el objetivo es que un láser en una instalación terrestre envíe 10 kilovatios de potencia a un receptor terrestre horizontalmente a 200 kilómetros de distancia usando tres relevos aéreos.
Esto demostraría que tendremos un medio para entregar energía a distancias muy largas a lugares que de otro modo serían difíciles de abastecer.
Conclusión
POWER ha alcanzado un nivel de eficiencia en la transferencia de potencia que lo convierte en una opción viable para transferir energía a equipos militares a largas distancias, haciéndolo más eficiente que las opciones actuales de reabastecimiento aéreo intermedio.
Será una buena opción para equipos militares aéreos más pequeños que los aviones, especialmente drones, que se están convirtiendo rápidamente en una parte muy importante de los arsenales militares de todo el mundo, como lo demuestra la guerra en Ucrania.
El suministro a unidades terrestres desplegadas en la delantera y potencialmente aisladas de suministros también se beneficiará de dicha transmisión de energía, incluidos los drones terrestres.
Este proyecto no impactará directamente la perspectiva de la energía solar orbital, pero muestra que la transmisión de energía a larga distancia ya no es un sueño imposible.
Fabricantes de Drones que se Benefician de la Transferencia Inalámbrica de Energía
AVAV Gráfico de precios
Si la transmisión inalámbrica de energía se vuelve común en el ejército de EE. UU., aumentará radicalmente la utilización de drones, incluso más de lo que se planea actualmente. Por lo tanto, el éxito del proyecto POWER probablemente beneficiará a las empresas que ya suministran a EE. UU. drones militares.
AeroVironment (AVAV ) está a la vanguardia de los drones suicidas avanzados ya desplegados por el ejército de EE. UU., la munición de vigilancia Switchblade (la vigilancia se refiere a la capacidad del dron/misil de permanecer en una zona un tiempo, buscando su objetivo, en lugar del modo de ataque directo de un misil).
Fuente: AeroVironment
AeroVironment también ofrece drones militares de reconocimiento, drones tácticos de 2,2 kg para la infantería, el Nano Air Vehicle, lo suficientemente pequeño como para sostenerse en una mano, y planeadores solares de pseudo‑satélite de gran altitud (HAPS).
En tierra, los vehículos terrestres no tripulados (UGV) se usan para desminado, eliminación de artefactos explosivos improvisados (IED), operaciones SWAT y manejo de materiales peligrosos.
Fuente: AeroVironment
La compañía incluso contribuyó al proyecto del helicóptero Ingenuity en Marte, algo que antes se creía imposible en la atmósfera rarefacta del planeta rojo.
AeroVironment puede entonces integrar todos estos sistemas en un control común mejorado por IA, reuniendo todos los sistemas autónomos y los datos relevantes.
Fuente: AeroVironment
La munición de vigilancia es el segmento más grande ($5 B de Mercado Total Disponible – TAM) y está creciendo rápidamente. En conjunto, la compañía aumentó sus ingresos en un 40 % en 2023 y espera mantener un crecimiento de ingresos de dos dígitos en el año fiscal 2025.
AeroVironment se fusionó en noviembre de 2024 con BlueHalo en una transacción totalmente en acciones con un valor empresarial de aproximadamente $4,1 mil millones, casi la misma capitalización de mercado que la de AeroVironment. Los accionistas de AeroVironment ahora poseen ~60,5 %, y los accionistas de BlueHalo poseerán ~39,5 % de la compañía combinada.
BlueHalo aporta a la compañía actividades complementarias relacionadas con la defensa:
- Comunicación espacial.
- Armas de energía directa y sistemas de guerra electrónica contra drones.
- Drones marítimos.
- Herramientas de IA para el control de enjambres de drones y defensa contra enjambres enemigos.
La empresa recién fusionada probablemente se convierta en un contratista de defensa cada vez más grande para futuros enjambres de drones militares.
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