返回 2024年08月14日

　　世界最轻最小！我国科研团队研发出太阳能动力微型无人机！近日，北京航空航天大学科研团队迎来了一个喜讯：他们研究出了重4.21克、整机仅有巴掌大小、比一张A4纸还要轻的微型飞行器。这项研究成果以论文的形式发表在了《自然》（Nature）杂志上。

北航科研团队
研究出比A4纸还要轻的飞行器
　　一张A4纸有多重？4.63克。而这台无人机，全部重量仅有4.21克，它比一张A4纸还要轻！这个重量还包括了动力源、发动机和螺旋桨等所有零部件的重量。
　　这就是北京航空航天大学能源与动力工程学院最新的研究成果——微型太阳能驱动无人机，它可以在自然光强度的照射下，实现发电、驱动、垂直飞行等一系列动作。
　　这一突破极大地拓展了微型飞行器的使用范围，对微型飞行器的发展进程具有里程碑意义。
　　记者了解到，这项研究成果由北航科研团队完全自主研发，北航能源与动力工程学院博士研究生申威和师弟彭谨哲为共同第一作者，漆明净教授、闫晓军教授为通讯作者。
　　彭谨哲接受采访时介绍：“静电电机其实是像灯笼一样设计，这周边有一圈电极片，它是遵循了一个同性相斥、异性相吸的原则。相邻的两个电极片其实带有的电荷是完全相反的，所以在中间运动的电极片会被它右侧的电极片所排斥、被左侧的电极片吸引，最终形成一个升力，带动整个装置也就是太阳能电池、电路、电机和螺旋桨本身整个飞行器起飞。”
　　漆明净教授说：“比如说我们梳头的时候、脱毛衣的时候都会有大量的几千伏、上万伏的静电，虽然电压高但电流非常低，导致它对人体是无害的，这种特性其实意味着低功耗、高电压，刚好就和我们实际的电机微型化面临的困境和它未来需要发展的方向是吻合的。”
　　北航团队通过创新性地采用静电驱动技术，不仅减少了动力系统的热量损耗，还通过一个轻量级的高压电能变换器，将太阳能电池的电压大幅提高，构建出适合微型无人机的转速低、发热少、效率高的静电系统，实现微型飞行器在纯自然光供能下的起飞和持续飞行。
　　团队对无人机电机尺寸进行极限“压缩”，这个比一角钱硬币直径还小的螺旋桨也可以带动无人机起飞飞行。专家表示，这种长航时太阳能微型无人机未来有望在应急救援、狭小空间探测等多种场景中发挥作用，展现出广阔的实用价值。

曾多次想发表论文 
幸亏听了老师的话
　　申威介绍，自己第一次接触到静电电机的课题是在大三，当时是作为一个暑期科研项目。到了研究生阶段，曾因为困难太大，感觉有点做不下去，一度想放弃转做其他课题，因为当时普遍认为静电电机没什么用。“但是老师没同意，我也emo（网络用语：忧郁、伤感）了好久。”
　　“那是一个失眠的晚上，躺在床上睡不着，就开始思考是不是可以把静电电机装上螺旋桨实现飞行。”申威说，“以我对静电电机的认识，我觉得静电电机转得挺快的，应该能产生足够的升力，只要找到一个合适的结构。”
　　“做一个新型的微型飞行器很难，如果研发成功的话肯定是世界级的创新，国际上也有类似的新型微型飞行器发表在《Nature》期刊上，所以很憧憬。”说干就干，申威瞄着要把静电电机用到飞行器上的想法开始攻关，“没想到试验非常顺利，才试验了三周，就初步确定可以飞行，当时是比较开心和激动的，因为这也是见证了历史，一个新的飞行器将会诞生。”
　　读博士期间，申威一直沿着这个方向做研究，攻克了很多难题，“后来就差电路升压的部分，1克左右的升压器要把电压升到八九千伏是非常困难的，国际上也没有多少先例，但我师弟竟然把升压电路做了出来，我们的研究成果也是更加完善了。”
　　经历了团队漫长的探索，今年1月29日他们将论文投给了《自然》，“本来是抱着试一试的心态去投稿的，没想到却中了。”
　　对于申威来说，这篇论文还有一个巨大的意义，这是他从本科到博士期间发的第一篇论文，“其实在很多节点都可以发论文，但是我们老师说，你把前期这些成果发出去，就会把论文的创新性大大削弱，做科研要有耐心，要有十年磨一剑的心态。那会儿很多同学都陆陆续续发了文章，我开始心里也比较急，但是随着研究越来越深入，我们研究方向的可行性越来越大，我也耐住了性子，一点一点去完善我们的实验结论，最后比较成熟才投了稿。”申威说，“能发《自然》是可遇不可求的事情，没想到第一篇正式发表的论文就上了《自然》，有种在做梦的感觉！”

生活中是个骑行达人 
做完实验花21天骑行川藏线
　　申威是江西南昌人，高中时成绩一直很好，本科就读于北京航空航天大学飞行器动力专业。他在科研方面专注投入，生活方面也和现在的年轻人一样，喜欢健身和骑行，他还是B站的一位Up主，粉丝有1.7万。
　　“科研之余会想着出去玩一玩，放松一下心情。”他从大一暑假开始骑行，当时想着大学的生活需要一些不一样的东西，就拉着一个高中同学去骑行。第一次是从北京骑到南京，“去看了南京大学和南京航空航天大学，还去中山陵转了一圈，印象很深刻的是漂亮的梧桐树。”这次旅行结束后，他喜欢上了骑行，后面经常利用假期骑行经典路线。
　　去年4月，他和团队把微型飞行器的实验全部做完了，他就利用暑假花21天时间骑川藏线。骑行川藏线很难，尤其是在高海拔地区，每天不是在爬坡就是在爬坡的路上，这都需要坚强的意志和强大的信念才能骑完全程。
　　对于最近受到的关注，申威表示，看到那么多人对这个领域感兴趣，自己非常开心，也感谢老师的坚持、学弟们的共同努力，之后自己会把这个研究纳入博士毕业论文中，并且去做更深入的探讨，希望能在这个“小众”方向继续拓展下去，争取让它真正地使用到更多场景中。
　　综合扬子晚报、央视新闻、湖南日报