原標(biāo)題：只能飛半小時？ 給無人機建個充電樁

讓無人機飛上天是一回事，它能在天上飛多久就是另一回事了。當(dāng)前無人機的續(xù)航時間大約為30分鐘左右，一塊外接電池的重量在半斤左右，能滿足一些航拍的需要，但在發(fā)生自然災(zāi)害和深入搶險救災(zāi)的現(xiàn)場，由于電池續(xù)航問題，就不能很好地發(fā)揮作用。即使是亞馬遜的送貨無人機只能覆蓋庫房附近數(shù)公里的范圍。

“如果能有‘無人機�？空�’，那無人機配送覆蓋面將大大增加。”北京交通大學(xué)學(xué)生孟鑫告訴記者，他的“用于延長多旋翼無人滯空時間的掛靠機械臂及無人機充電樁”項目正在申請國家專利，“無人機的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，但續(xù)航短的問題一直沒有得到根本解決。我的項目就是基于這個問題提出了兩種創(chuàng)新性的解決方案。”

12月3日，孟鑫帶著他的“寶貝”參加了北京市科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦的“第五屆大學(xué)生科技創(chuàng)新作品與專利成果展示推介會”。最終，孟鑫的項目在來自京津冀三地54所高校的179項專利成果、194件科技創(chuàng)新作品中脫穎而出，獲得先進制造業(yè)領(lǐng)域類一等獎暨創(chuàng)新金獎，以及創(chuàng)新對對碰活動最佳人氣獎。

充電第一步 給“無腳鳥”可依靠的機械臂

推介會主會場設(shè)在北京工業(yè)大學(xué)耿丹學(xué)院學(xué)生活動中心的羽毛球館和籃球館。開場當(dāng)天人頭攢動，擁擠程度堪比高峰期的北京地鐵線。

說是“最佳人氣”倒真是很貼合實際。一整天，孟鑫都站在展臺前，耐心地向前來咨詢的科技迷們一遍遍地講解“寶貝”的功能。“我最初是想給無人機安裝一個能掛靠電線桿、路燈柱等柱狀設(shè)施的機械臂，幫助解決無人機長時間空中�？康膯栴}。”記者看到，這個所謂的“機械臂”就像人的左、右手臂一樣呈半環(huán)抱姿勢，剛好形成半個長圓型用來鉤住柱狀體。

項目指導(dǎo)老師、北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院教師趙翔介紹，最初的想法其實很粗糙，就是想做一個無人機和機械臂結(jié)合的應(yīng)用。趙翔告訴記者，后期經(jīng)過反復(fù)思考與討論，他們想到了可以用機械臂來讓無人機在空中懸停市掛靠，這樣不需要無人機消耗電量，可以延長無人機的作業(yè)時間，于是設(shè)計出這種掛靠在直立桿子上的結(jié)構(gòu)。后來他們想到，掛靠在機械臂上的無人機還可以順便充電，最后又衍生出“掛靠充電”的功能。

記者了解到，目前多數(shù)無人機用于停靠的機械結(jié)構(gòu)都采用的是“機械爪”模式，就像人的兩只手一樣抓住物體。但“機械爪”在工作時需要不斷消耗電能來保持抓握的狀態(tài)。比如，國外有的研究機構(gòu)就借鑒鳥類略過海面時用爪子抓魚的仿生原理，設(shè)計出了類似于鷹爪一樣的機械臂放置在無人機下部。無人機利用這種機械臂可以在飛行過程中抓取物品，動作類似于老鷹捕食�；蛘呷缛毡灸硞�研究團隊模仿鳥類的雙腳將無人機機械臂設(shè)計成兩個機械爪，不僅可以抓取、運輸和投放物品，還可以像鳥兒棲息在樹枝上一樣�？吭谧呃鹊臋跅U上。

此外，還有如“真空吸盤”等方案幫助無人機在玻璃幕墻等物體表面�？浚�但都需要消耗電能、用真空泵來制造真空條件用于�？俊�

“而機械臂設(shè)計的最大優(yōu)勢就在于不會在掛靠時消耗電能。”孟鑫說。

充電第二步 休息的同時給無人機“加點油”

實現(xiàn)為無人機省電后，下面就是給它充電，從根本上解決無人機的續(xù)航問題了。

“這個無人機充電樁就是與機械臂一起配套解決續(xù)航問題的。”孟鑫解釋說，無人機充電樁以風(fēng)光互補發(fā)電作為電力來源。記者從實物模型上看到，這個充電樁的頂部裝有風(fēng)力發(fā)電的“風(fēng)輪”，再下面一點是太陽能充電板。無人機通過機械臂使掛靠在充電樁上，掛靠的同時完成充電對接。

“無人機充電樁系統(tǒng)主要用于無人機執(zhí)行長距離任務(wù)時為其提供充電保障，起到類似汽車加油站的作用。”孟鑫說，一個充電樁的建設(shè)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電線桿等基礎(chǔ)設(shè)施。在這種條件下，未來無人機在快遞、石油管道巡檢和森林防火等方面都會有很好的應(yīng)用。

以森林防火為例，傳統(tǒng)的人工巡查和瞭望塔觀察火情效率偏低，而且護林員還需要長期生活和工作在條件艱苦的地區(qū)。按照現(xiàn)有的多旋翼無人機巡航標(biāo)準(zhǔn)來看，航程較短，無法進入大型林區(qū)的深處執(zhí)行任務(wù)。但如果使用固定翼無人機進行森林巡查，其機動性又不如多旋翼無人機。

“多旋翼無人機在發(fā)現(xiàn)問題時可以貼近目標(biāo)，實現(xiàn)近距離懸停觀察，而固定翼無人機就無法做到這一點，所以多旋翼無人機觀察收集的數(shù)據(jù)質(zhì)量更高。”趙翔說，“我們可以在大型林區(qū)內(nèi)安裝充電樁，組成一個充電網(wǎng)絡(luò)，將林區(qū)網(wǎng)格化，這樣就可以隨時對林區(qū)的任一區(qū)域進行巡查，大大減少了人力物力，并且巡查效率更高。”（記者 李偉）