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POWER – Relé Óptico Persistente de Energia Sem Fio
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Energia Sem Fio
Desde a invenção dos dispositivos elétricos, a ideia de transmissão de energia sem fio tem sido o objetivo final da indústria. Isso reduziria a necessidade de infraestruturas caras e frequentemente frágeis, como cabos de energia.
A transmissão de energia sem fio também será necessária para energia solar baseada no espaço, que provavelmente é a forma de realmente abastecer todo o mundo com energia renovável, como descrevemos em “Soluções de Energia Baseada no Espaço para Energia Limpa Infinita”.
No entanto, isso tem sido uma tarefa difícil até agora, com a tecnologia de transmissão de energia sem fio de longa distância ainda em sua infância.
Isso tem mudado graças a um novo projeto da DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), a agência de inteligência, ciência e defesa responsável por explorar e testar tecnologias inovadoras. Chamado POWER (Relé Óptico Persistente de Energia Sem Fio), este projeto alcançou entrega de energia a 8,6 quilômetros (5,3 milhas) de distância.
“É indiscutível que nós absolutamente obliteramos todas as demonstrações previamente relatadas de transmissão óptica de energia em termos de potência e distância,”
Este é apenas o primeiro passo de uma tecnologia que pode mudar radicalmente a forma como a energia é transmitida, tanto para aplicações civis quanto militares.
Transferência de Energia Sem Fio
Indução
A transferência de energia sem fio está se tornando uma tecnologia relativamente bem dominada, mas apenas para curtas distâncias. Isso geralmente é feito por indução, usando um campo magnético para transferir a energia e vê‑la convertida novamente em corrente elétrica.
Fonte: How2Electronics
O problema é que esse tipo de transmissão de energia só funciona em curtas distâncias, idealmente menos de um metro, o que a torna inutilizável para qualquer transmissão de energia de longa distância.
Lasers
Para transmitir energia a longas distâncias no ar, os lasers são candidatos mais prováveis, pois a luz coerente pode percorrer longas distâncias com perda mínima, pelo menos enquanto as condições climáticas permitirem.
Espera‑se que a transmissão de energia baseada em laser seja menos eficiente quando próxima ao solo, pois a atmosfera é mais densa nessa altitude. Ainda assim, esta foi a condição sob a qual o dispositivo PRAD (POWER Receiver Array Demo) foi testado.
“É muito mais fácil enviar um feixe de energia diretamente para cima ou para baixo em relação ao solo porque há muito menos atmosfera para atravessar. Para o PRAD, queríamos testar sob o máximo impacto dos efeitos atmosféricos.”
Talvez mais importante, a luz laser também pode ser refletida relativamente facilmente por espelhos, permitindo um relé de múltiplos pontos com perdas mínimas. Isso pode ajudar a transmitir energia por distâncias ainda maiores e contornar obstáculos como cadeias montanhosas ou a curvatura da Terra, graças a relés voadores.
Fonte: DARPA
Resultados Iniciais do POWER & PRAD
A equipe de pesquisadores registrou mais de 800 watts de energia entregue durante uma transmissão de 30 segundos de um laser a 8,6 quilômetros (5,3 milhas) de distância.
Ao longo da campanha de testes, mais de um megajoule de energia foi transferido. Isso ainda está longe do equivalente à transferência de combustível líquido como óleo, já que 1 galão de diesel equivale a 146 megajoules.
| Projeto | Energia Entregue | Distância |
|---|---|---|
| DARPA POWER (2025) | 800 watts | 8.6 km (5.3 mi) |
| Recorde Anterior (Pré-2025) | 500 watts | 1.7 km (1.05 mi) |
Ainda assim, é um grande progresso em relação às tentativas anteriores de transmissão de energia sem fio, tanto em distância quanto em potência total, já que os melhores resultados anteriores eram apenas 500 watts e no máximo 1,7 quilômetros.
Fonte: DARPA
Receptor Inovador
Criar um feixe de energia poderoso com lasers é uma tecnologia bem conhecida. Enviar essa energia pelo ar, ou até mesmo refletí‑la com um espelho ou sistemas ópticos, também é uma tarefa relativamente fácil.
Converter a luz do laser de volta em energia elétrica utilizável é a parte difícil, especialmente porque é necessário limitar as perdas ao máximo.
O PRAD utilizou uma nova tecnologia de receptor com uma abertura compacta para que o feixe laser incida, garantindo que muito pouca luz escape após entrar no receptor.
Fonte: DARPA
Dentro do receptor, um espelho parabólico espalha o laser em um cone mais amplo, refletindo o feixe laser sobre dezenas de células fotovoltaicas (painéis solares), convertendo a luz de volta em energia.
O receptor foi projetado pela Teravec Technologies, com apoio da Packet Digital e do Rochester Institute of Technology.
Aplicações Militares e Civis da Energia Sem Fio
Militar
No momento, as aplicações da tecnologia parecem ser principalmente relacionadas ao âmbito militar, daí o envolvimento da DARPA. Isso ocorre porque operações militares podem enfrentar muitas circunstâncias em que transportar energia para um determinado local pode ser perigoso ou até impossível.
Esses testes marcam um passo importante em direção ao objetivo de longo prazo do programa POWER de ser capaz de transmitir instantaneamente energia de um local onde pode ser facilmente gerada para onde for necessária, abrindo um novo espaço de design para capacidades de plataformas sem limites de combustível.
A tecnologia é escalável para níveis de potência mais altos e pode ser integrada a diferentes plataformas, como veículos aéreos não tripulados (UAVs), para apoiar as necessidades de longo prazo do programa POWER.
Outra razão para o foco predominantemente militar é que a eficiência energética de todo o sistema ainda é baixa.
A parte crucial é que a transformação da eletricidade em um feixe laser não é isenta de perdas, com conversão geralmente em torno de 50% de eficiência, potencialmente até 75% em temperaturas muito baixas.
Converter esse laser de volta em energia também provavelmente ficará abaixo de 50% de eficiência, mesmo com células solares de alto desempenho.
Portanto, embora faça sentido manter drones em voo ou abastecer equipamentos militares, sistemas como o POWER ainda desperdiçarão de 50 a 80% da energia inicial.
Neste teste, onde a distância foi o foco, e não a eficiência, a equipe mediu mais de 20% de eficiência da potência óptica do laser para a potência elétrica do receptor em distâncias menores.
Esse tipo de ineficiência não é um obstáculo para os militares, já que as alternativas atuais não são muito melhores.
“O coronel da Força Aérea dos EUA, Paul Calhoun, observou que costumava voar tanques de combustível para destinos e, no processo, queimava centenas de milhares de libras de combustível para entregar milhares de libras de combustível.
Portanto, claramente nosso paradigma atual é extraordinariamente ineficiente.
Portanto, se o reabastecimento aéreo tem apenas 1% de eficiência hoje, os 20% de eficiência do POWER são certamente uma melhoria.
Transferência de Energia
Devido a essas limitações, e também ao volume total de energia que o POWER pode transferir, este método provavelmente não substituirá linhas de transmissão de alta tensão tão cedo.
Este conceito, porém, poderia ser implantado de outra forma para alimentar a rede elétrica. A perda de energia é um problema apenas se o ponto de origem não for tão rico em energia a ponto de não importar.
Se conseguirmos dominar a produção em massa e o implante de satélites de energia solar, a produção 24/7 de energia a partir dos raios solares em órbita, sem ser impedida pela atmosfera, seria uma ordem de magnitude mais eficiente que painéis solares na superfície. Nesse contexto, a transmissão de volta de energia, seja com lasers ou micro‑ondas, ainda poderia ser suficientemente eficiente para ser economicamente viável.
Fase 2 e 3 do POWER
Agora que o protótipo de transmissão de energia provou ser viável, os testes práticos são os próximos.
A Fase 2 integrará as tecnologias de relé em pods transportados por aeronaves convencionais, culminando em testes aéreos de baixa potência.
Em uma fase 3 posterior e final, o objetivo é que um laser em uma instalação terrestre transmita 10 kilowatts de energia para um receptor terrestre horizontalmente a 200 quilômetros de distância, usando três relés aéreos.
Isso demonstraria que teremos um meio de entregar energia a distâncias muito longas para locais que de outra forma seriam difíceis de abastecer.
Conclusão
O POWER alcançou um nível de eficiência de transferência de energia que o torna uma opção viável para transferir energia a equipamentos militares a longas distâncias, sendo mais eficiente que as opções atuais de reabastecimento aéreo.
Será uma boa opção para equipamentos militares aéreos menores que aviões, especialmente drones, que estão se tornando rapidamente uma parte muito importante dos arsenais militares em todo o mundo, como demonstrado pela guerra na Ucrânia.
Abastecer unidades terrestres implantadas avançadas e potencialmente isoladas de suprimentos também se beneficiará dessa transmissão de energia, incluindo drones terrestres.
Este projeto não impactará diretamente a perspectiva de energia solar orbital, mas demonstra que a transmissão de energia a longa distância não é mais um sonho impossível.
Fabricantes de Drones que se Beneficiam da Transferência de Energia Sem Fio
AVAV Gráfico de preços
Se a transmissão de energia sem fio se tornar comum nas forças militares dos EUA, isso aumentará radicalmente a utilização de drones, ainda mais do que o planejado atualmente. Portanto, o sucesso do projeto POWER provavelmente beneficiará as empresas que já fornecem drones militares aos EUA.
AeroVironment (AVAV ) está na vanguarda dos avançados drones suicidas já implantados pelas forças militares dos EUA, a munição de percussão Switchblade (percussão refere‑se à capacidade do drone/míssil de pairar em uma área por algum tempo, procurando seu alvo, em vez do modo de ataque direto de um míssil).
Fonte: AeroVironment
AeroVironment também oferece drones militares de reconhecimento, drones táticos de 2,2 kg para infantaria, o Nano Air Vehicle, pequeno o suficiente para ser segurado com uma mão, e planadores solares high‑altitude pseudo‑satellite (HAPS).
No solo, veículos terrestres não tripulados (UGVs) são usados para desminagem, remoção de IEDs (Dispositivos Explosivos Improvisados), operações SWAT e manuseio de materiais perigosos.
Fonte: AeroVironment
A empresa também contribuiu para o projeto Ingenuity do helicóptero marciano, algo anteriormente considerado impossível na atmosfera rarefeita do planeta vermelho.
A AeroVironment pode então integrar todos esses sistemas em um controle comum aprimorado por IA, reunindo todos os sistemas autônomos e dados relevantes.
Fonte: AeroVironment
A munição de percussão é o maior segmento (US$ 5 bi de Mercado Endereçável Total – TAM) e está crescendo rapidamente. No geral, a empresa aumentou sua receita em 40 % em 2023 e espera manter um crescimento de receita de dois dígitos no ano fiscal de 2025.
A AeroVironment fundiu‑se em novembro de 2024 com a BlueHalo em uma transação totalmente em ações com um valor empresarial de aproximadamente US$ 4,1 bilhões, quase a mesma capitalização de mercado da AeroVironment. Os acionistas da AeroVironment agora possuem ~60,5 % e os acionistas da BlueHalo possuirão ~39,5 % da empresa combinada.
A BlueHalo traz para a empresa atividades complementares relacionadas à defesa:
- Comunicação espacial.
- Armas de energia direta e sistemas de guerra eletrônica contra drones.
- Drones marítimos.
- Ferramentas de IA para controle de enxames de drones e defesa contra enxames inimigos.
A empresa recém‑fundida provavelmente se tornará um contratante de defesa cada vez maior para futuros enxames de drones militares.
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