Elektrische drones kunnen in de toekomst mogelijk veel grotere afstanden afleggen zonder langdurige onderbrekingen voor het opladen. Door drones tijdens de vlucht zelfstandig hun batterij te laten verwisselen, kan het bereik fors worden uitgebreid.
De technologie die dit mogelijk maakt, is ontwikkeld door het studententeam Aero van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Tijdens een test op de campus wist een drone zelfstandig te landen op een speciaal ontwikkeld platform op het dak van een auto, zich mechanisch vast te zetten en zonder menselijke tussenkomst een lege batterij te vervangen door een volle.
Drie onderdelen getest
Met de demonstratie heeft het team drie belangrijke onderdelen van het systeem in samenhang getest. De drone voerde een autonome precisielanding uit, koppelde zich mechanisch aan het platform en wisselde vervolgens automatisch de batterij. Alle handelingen verliepen daarbij volledig automatisch.
De proef geldt als een belangrijke mijlpaal voor Team Aero. Het team werkt aan een systeem waarmee batterijen uiteindelijk niet meer op de grond, maar tijdens de vlucht kunnen worden vervangen. Volgens het team vormt het huidige proces van batterijwissels een van de grootste beperkingen voor elektrische drones. Omdat daarvoor moet worden geland, worden zowel de actieradius als de inzetbaarheid van drones beperkt.
Op termijn moet het project leiden tot een zogenoemd In-Flight Battery-Swap System. Daarbij zou een drone tijdens de vlucht een lege batterij kunnen inwisselen voor een opgeladen exemplaar, zonder dat daarvoor een landing nodig is.
Tijdwinst
In de praktijk levert dit tijdwinst op. Zo hoeven drones niet langer op de grond te worden opgeladen en kunnen na de wissel direct doorvliegen. Daarnaast wordt de batterij geautomatiseerd gewisseld, wat leidt tot minder stilstand. Het studententeam ziet dankzij deze mogelijkheid nieuwe toepassingen, onder meer in de logistiek en de landbouw.
Het concept moet het overigens ook mogelijk maken om andere objecten te verwisselen dan een batterij. Denk bijvoorbeeld aan een pakket dat onder de drone is bevestigd. Het team benadrukt wel dat voor een praktische toepassing hiervan nog verschillende technische stappen nodig zijn.
Drone-to-Car-opstelling
In de demonstratie is gebruik gemaakt van een zogeheten Drone-to-Car-opstelling. De drone stemde hierbij zijn vlucht af op het dockingplatform, dat op het dak van de auto was gemonteerd. Na een gecontroleerde landing op dit platform is de drone vergrendeld met een mechanisch vergrendelingssysteem.
De drone verwijderde vervolgens zelfstandig de lege batterij uit zijn systeem, plaatste een opgeladen exemplaar en vergrendelde deze nieuwe batterij automatisch.
Batterijwissel in de lucht
De volgende fase van het project is gericht op het uitvoeren van een batterijwissel in de lucht. Het team wil in het studiejaar 2026-2027 een nieuwe drone ontwerpen en bouwen waarin het batterijwisselsysteem in de constructie wordt geïntegreerd. Deze drone moet uiteindelijk fungeren als de ontvangende drone, waarin de vervangende batterij wordt geplaatst. Het huidige droneplatform wordt daarbij naar verwachting ingezet als transportdrone die de opgeladen batterij met zich meedraagt.
Op termijn willen de studenten een nieuwe demonstratie uitvoeren met deze twee drones. De drones moeten daarbij in de lucht aan elkaar worden gekoppeld en autonoom een batterijwissel uitvoeren.
Dit is niet zonder uitdaging. Zo veroorzaken beide drones turbulentie, wat het complex maakt beide drones nauwkeurig bij elkaar te brengen en veilig te laten koppelen. Dit vraagt om zeer nauwkeurige besturing en onderlinge coördinatie tussen de drones.
Team Aero
Team Aero bestaat momenteel uit vijftig studenten. Drie bestuursleden richten zich fulltime op het teamwerk en geven dat voorrang boven hun studie. De overige leden combineren hun werkzaamheden met hun opleiding. De studenten zijn afkomstig uit negen verschillende studierichtingen en vertegenwoordigen dertien nationaliteiten.
Het team ontstond vijf jaar geleden uit een fusie tussen het studententeam Blue Jay en het honoursprogramma SyFly. Sindsdien richt Aero zich op de ontwikkeling van autonome dronetechnologie in de Brainport-regio. Het huidige project concentreert zich op toepassingen voor de luchtvrachtsector.
Volgens het team vormt juist die sector een uitdaging voor verdere elektrificatie. Het luchttransport is verantwoordelijk voor aanzienlijke CO₂-uitstoot, terwijl de beperkingen van de huidige batterijtechnologie de overstap naar volledig elektrische luchtvaart bemoeilijken. Door een systeem te ontwikkelen waarmee batterijen tijdens de vlucht kunnen worden vervangen, wil Team Aero dit probleem ondervangen.
Netwerk van drones
De visie van het team gaat uit van een netwerk waarin drones prioritaire pakketten efficiënt tussen logistieke knooppunten vervoeren. Daarbij hoeft een drone niet terug te keren naar een laadstation zodra de batterij bijna leeg is.
In plaats daarvan zou een kleinere drone vanaf een nabijgelegen batterijstation opstijgen, zich tijdens de vlucht aan de transportdrone koppelen en de lege batterij vervangen door een opgeladen exemplaar. Daarna vervolgen beide toestellen hun eigen route.
