世界最輕最??！我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出太陽(yáng)能動(dòng)力微型無人機(jī)！近日，北京航空航天大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)迎來了一個(gè)喜訊：他們研究出了重4.21克、整機(jī)僅有巴掌大小、比一張A4紙還要輕的微型飛行器。這項(xiàng)研究成果以論文的形式發(fā)表在了《自然》（Nature）雜志上。讓人感到意外的是，這篇論文也是第一作者申威從本科到博士生階段發(fā)表的第一篇文章，他在學(xué)術(shù)領(lǐng)域取得的創(chuàng)新成果收獲了很多點(diǎn)贊，“不鳴則已，一鳴驚人！”“從本科‘肝’到博三，六年專心做一件事，這是科研人的執(zhí)著”。揚(yáng)子晚報(bào)紫牛新聞?dòng)浾卟稍L到博士生申威，了解到這項(xiàng)研究背后的故事。

北航科研團(tuán)隊(duì)研究出

比一張A4紙還要輕的飛行器

一張A4紙有多重？4.63克。但是我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的超輕無人機(jī)，全部重量?jī)H有4.21克，它比一張A4紙還要輕。這個(gè)重量還包括了動(dòng)力源、發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳等所有零部件的重量。是不是非常不可思議？

近日，權(quán)威期刊《自然》（Nature）上發(fā)表了北京航空航天大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的最新研究成果——目前世界上最輕、最小的純自然光供能微型飛行器，名為靜電飛行器“CoulombFly”。這一突破極大地拓展了微型飛行器的使用范圍，對(duì)微型飛行器的發(fā)展進(jìn)程具有里程碑意義。

研究成果登上了《自然》

揚(yáng)子晚報(bào)紫牛新聞?dòng)浾吡私獾剑@項(xiàng)研究成果由北航科研團(tuán)隊(duì)完全自主研發(fā)，北航能源與動(dòng)力工程學(xué)院博士研究生申威和師弟彭謹(jǐn)哲為共同第一作者，漆明凈教授、閆曉軍教授為通訊作者。

今年28歲的申威從本科時(shí)期就開始研究這個(gè)課題了，申威介紹，“太陽(yáng)能無人機(jī)在幾十年前已經(jīng)做出來了，但都是很大型的太陽(yáng)能無人機(jī)，2019年新加坡國(guó)立大學(xué)做了一個(gè)旋翼飛行器，這個(gè)在當(dāng)時(shí)算是最小的旋翼無人機(jī)了，但依然很大（2m*2m），再在這個(gè)基礎(chǔ)上往小了做算是比較困難了，所以我們的這項(xiàng)研究，是從另一個(gè)技術(shù)路線出發(fā)去解決這個(gè)問題。” 

這項(xiàng)成果首次實(shí)現(xiàn)了靜電電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛行，首次實(shí)現(xiàn)了微型飛行器領(lǐng)域的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)飛行。在此之前，雖然靜電電機(jī)出現(xiàn)了很久，但是一直沒有得到合適的應(yīng)用，如今證明靜電電機(jī)是可以用于飛行器的；此前，微型飛行器無法實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)飛行，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了突破。

靜電飛行器CoulombFly

曾多次想發(fā)表，都忍住了

科研要抱著“十年磨一劍”的心態(tài)

申威介紹，自己第一次接觸到靜電電機(jī)的課題是在大三，當(dāng)時(shí)是作為一個(gè)暑期科研項(xiàng)目。到了研究生階段，曾因?yàn)槔щy太大，感覺有點(diǎn)做不下去，一度想放棄轉(zhuǎn)做其他課題，因?yàn)楫?dāng)時(shí)普遍認(rèn)為靜電電機(jī)沒什么用。“但是老師沒同意，我也emo（網(wǎng)絡(luò)用語(yǔ)：憂郁、傷感）了好久。”

到了研二的時(shí)候，他開始覺得不能再虛度光陰了，就重新振作起來，想要做出一些東西。于是那段時(shí)間他每天七八點(diǎn)就會(huì)到實(shí)驗(yàn)室，幾乎全天都呆在實(shí)驗(yàn)室，晚上10點(diǎn)、11點(diǎn)回寢室。

利用靜電電機(jī)來做微型飛行器這個(gè)想法是如何產(chǎn)生的呢？“那是一個(gè)失眠的晚上，躺在床上睡不著，就開始思考是不是可以把靜電電機(jī)裝上螺旋槳實(shí)現(xiàn)飛行。”申威說，“以我對(duì)靜電電機(jī)的認(rèn)識(shí)，我覺得靜電電機(jī)轉(zhuǎn)得挺快的，應(yīng)該能產(chǎn)生足夠的升力，只要找到一個(gè)合適的結(jié)構(gòu)。”

為什么當(dāng)時(shí)想要用靜電電機(jī)做一個(gè)飛行器，而不是其他的東西？“可能是我們學(xué)校是北航吧，或許每個(gè)北航的學(xué)生都會(huì)對(duì)飛行有一些憧憬，做飛行器是一件很炫酷的事情。當(dāng)然也是因?yàn)樽鲆粋€(gè)新型的微型飛行器很難，如果研發(fā)成功的話肯定是世界級(jí)的創(chuàng)新，國(guó)際上也有類似的新型微型飛行器發(fā)表在《Nature》期刊上，所以很憧憬。”說干就干，于是他瞄著要把靜電電機(jī)用到飛行器上的想法開始攻關(guān)，申威說，“沒想到試驗(yàn)非常順利，才試驗(yàn)了三周，就初步確定可以飛行，當(dāng)時(shí)是比較開心和激動(dòng)的，因?yàn)檫@也是見證了歷史，一個(gè)新的飛行器將會(huì)誕生。”

讀博士期間，申威一直沿著這個(gè)方向做研究，攻克了很多難題，“后來就差電路升壓的部分，1克左右的升壓器要把電壓升到八九千伏，是非常困難的，國(guó)際上也沒有多少先例，但我?guī)煹芫谷话焉龎弘娐纷隽顺鰜?，我們的研究成果也是更加完善了，文章發(fā)表出去審稿人也無話可說了。”

靜電飛行器CoulombFly

申威的師弟彭謹(jǐn)哲接受采訪時(shí)說，靜電電機(jī)外形酷似燈籠，周邊有一圈電極片，遵循“同性相斥，異性相吸”的原則，相鄰的兩個(gè)電極片，帶有的電荷是完全相反的，所以在中間運(yùn)動(dòng)的電極片會(huì)被它右側(cè)的電極片所排斥，被左側(cè)的電極片吸引，最終形成一個(gè)升力，帶動(dòng)整個(gè)裝置，也就是太陽(yáng)能電池、電路、電機(jī)和螺旋槳本身，使整個(gè)飛行器起飛。

經(jīng)歷了團(tuán)隊(duì)漫長(zhǎng)的探索，今年1月29日他們將論文投給了《自然》，“《自然》雜志是在全世界綜合排名第一的雜志，大多數(shù)論文都以生物醫(yī)學(xué)、化工、材料居多，機(jī)械動(dòng)力類的文章每年可能不會(huì)超過5篇。本來是抱著試一試的心態(tài)去投稿的，沒想到卻中了。”

申威說，今年3月26日雜志返回了意見，表示論文已經(jīng)被原則性接收了，“這個(gè)速度是很快的，一般來說投《自然》的論文修改要一年半載，沒想到我們的論文連小修改都沒有提，感到特別幸運(yùn)。大概到了5月，論文被正式接收，7月就發(fā)表了。這個(gè)論文我完成了靜電電機(jī)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我?guī)煹芡瓿闪松龎旱哪且徊糠郑己懿蝗菀?。我們希望它能夠?yàn)楹罄m(xù)研究提供一個(gè)很好的思路和啟發(fā)。”

對(duì)于申威來說，這篇論文還有一個(gè)巨大的意義，這是他從本科到博士期間發(fā)的第一篇論文，“其實(shí)在很多節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)論文，但是我們老師說，你把前期這些成果發(fā)出去，就會(huì)把論文的創(chuàng)新性大大削弱，做科研要有耐心，要有十年磨一劍的心態(tài)。那會(huì)兒很多同學(xué)都陸陸續(xù)續(xù)發(fā)了文章，我開始心里也比較急，但是隨著研究越來越深入，我們研究方向的可行性越來越大，我也耐住了性子，一點(diǎn)一點(diǎn)去完善我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最后比較成熟才投了稿。”申威說，“能發(fā)《自然》是可遇不可求的事情，沒想到第一篇正式發(fā)表的論文就上了《自然》，那種心情很復(fù)雜，有種在做夢(mèng)的感覺！”

生活中的申威

生活中是個(gè)騎行達(dá)人

做完實(shí)驗(yàn)花21天騎行川藏線

申威是江西南昌人，高中時(shí)成績(jī)一直很好，本科就讀于北京航空航天大學(xué)飛行器動(dòng)力專業(yè)。

他在科研方面專注投入，生活方面也和現(xiàn)在的年輕人一樣，喜歡健身和騎行，他還是B站的一位Up主，粉絲有1.7萬。

“科研之余會(huì)想著出去玩一玩，放松一下心情。” 他從大一暑假開始騎行，當(dāng)時(shí)想著大學(xué)的生活需要一些不一樣的東西，就拉著一個(gè)高中同學(xué)去騎行。第一次是從北京騎到南京，“去看了南京大學(xué)和南京航空航天大學(xué)，還去中山陵轉(zhuǎn)了一圈，印象很深刻的是漂亮的梧桐樹。”這次旅行結(jié)束后，他喜歡上了騎行，后面經(jīng)常利用假期騎行經(jīng)典路線。

去年4月，他和團(tuán)隊(duì)把微型飛行器的實(shí)驗(yàn)全部做完了，他就利用暑假騎川藏線。“這是我的一個(gè)小心愿，當(dāng)時(shí)想著現(xiàn)在不騎的話，后面就沒時(shí)間騎了，于是喊了一個(gè)師弟一起去。騎行的第五天還是第六天，上了海拔4000多米的時(shí)候，我有了嚴(yán)重的高反，特別喘，腦袋也疼，只能推車?yán)^續(xù)前行，一直推到晚上九點(diǎn)多才到賓館，那天特別難受，差點(diǎn)想放棄，后面直接睡了一晚多，醒來之后好多了，就繼續(xù)騎了。”騎行川藏線很難，尤其是在高海拔地區(qū)，每天不是在爬坡就是在爬坡的路上，這都需要堅(jiān)強(qiáng)的意志和強(qiáng)大的信念才能騎完全程。

騎行的路上，他印象比較深刻的是理塘，高原的大草原上有很多漂亮的花，風(fēng)景特別好。“還遇到了冰雹，在冰雹中騎行真累壞了，但當(dāng)雨過天晴，看到了特別澄澈的天空，我心情一下子就變好了。”在康定的時(shí)候，他還看到了雨后的彩虹。

騎行途中的申威

騎行過后，暑假也差不多結(jié)束了，他回到學(xué)校，回歸實(shí)驗(yàn)結(jié)論部分的寫作。等寫完論文后，他又給自己安排了一次海南環(huán)島自由行，“投稿是師弟幫忙投的，我當(dāng)時(shí)已經(jīng)到海南了。”海南騎行了七八天，基本都是平路，騎得比較輕松一點(diǎn)，也感受了海南的海景，吹著海風(fēng)很舒服。“做科研的時(shí)候比較枯燥，但是生活嘛，要自己學(xué)會(huì)調(diào)解，在不做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候出去看看世界，再回到實(shí)驗(yàn)室里，狀態(tài)會(huì)好很多，也更有創(chuàng)造力。”

喜愛旅行的申威

不出去騎車的時(shí)候，申威平時(shí)在科研之余也會(huì)經(jīng)常鍛煉身體，喜歡跑步、羽毛球、游泳，是一個(gè)熱愛生活的青年。論文在《自然》上發(fā)表之后，他還在B站發(fā)了《自然》編輯特意為這個(gè)無人機(jī)制作的科普視頻，并自己配上翻譯字幕，分享給網(wǎng)友。這個(gè)視頻很快受到網(wǎng)友關(guān)注，視頻播放量將近70萬，有網(wǎng)友評(píng)論說：“玩b站這么多年，第一次看見《Nature》這個(gè)標(biāo)，真的是大佬！”

對(duì)于最近受到的關(guān)注，申威表示，看到那么多人對(duì)這個(gè)領(lǐng)域感興趣，自己非常開心，也感謝老師的堅(jiān)持，學(xué)弟們的共同努力，之后自己會(huì)把這個(gè)研究納入博士畢業(yè)論文中，并且去做更深入的探討，希望能在這個(gè)“小眾”方向繼續(xù)拓展下去，爭(zhēng)取讓它真正地使用到更多場(chǎng)景中。