比A4纸还要轻！北航科研团队研发新型无人机，重量只有4.21克

青田石头

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北京航空航天大学最近公布了一项研究：比纸还轻的无人机，一张A4纸重4.63克，而这架无人机全部重量才有4.21克。
更让人惊喜的是，它的驱动电机和以往的所有电机都不相同！
这样的无人机到底能做什么呢？它那么轻，飞行的能量又是哪里来的？

比纸还轻的无人机

消息来自于前几天国际学术期刊《自然》发表的一篇文章，这篇文章展示了北京航空航天大学能源与动力工程学院，最新研究成果——用太阳能供电的超轻无人机。

据悉，这架无人机的最大特点就是“轻”，全部重量仅有4.21克，而一张A4纸也有4.63克，也就说明这架无人机的重量要比A4只还轻，并且这个重量还包含了动力源、发动机、螺旋桨等所有零部件。

不过这架无人机的外貌，和人们熟知的无人机还是有一定的差别，它的电动机并没有传统电动机的线圈、齿轮等结构部件，取而代之的，是一片片轻薄的电极板，整体看上去就像灯笼一样。

虽然和人们传统印象中的电机有差别，但是只要给它通上电，它也同样能够转起来。再加上同样是轻薄材质的螺旋桨，这架无人机就能实现垂直飞行。

那么这种类型的电机究竟是如何运转的？为何如此与众不同？
这种电机如何运转？

据研究人员介绍，他们设计的这种轻薄型电机叫做“静电电机”。顾名思义，它运转靠的是身边常见的静电。
这种电机虽然没有了传统电机的线圈，但是周围的电极片就是它的核心所在，因为在通电之后，它们都会携带静电。

我们知道在“电磁”的世界里有“同极相斥，异极相吸”的原则，传统的电机依靠的是这个原理，这里的“静电电机”也是利用了这个原理。

在通电之后，相邻的两个电极片带有完全相反的电荷，中间运动的电极片会被右侧的电极片排斥、被左侧的电极片吸引，如此循环往复，最终转动起来。

据研究人员介绍，和传统电磁电机相比，静电电机表现出了颠覆式的效率和功耗特性。在小质量（5克以内）情况下，它的能量转化效率可达传统电磁电机的10倍以上，产生相同升力所需功耗仅为电磁电机的1/10以内。

也就是因为有这样的优势，所以即便采用小尺寸太阳能电池，也可以为它提供飞行所需动力来源。
此外，团队还针对飞行应用场景，研制了千伏级超轻质高压电源，其中升压电路可以在1.21克的重量下，将太阳能（或锂电池）输入的低压直流电，转换为4-9千伏的高压直流电。站在技术的角度，其实要做到低压升高并不是什么难事，但是能够把升压电路做到如此轻薄，绝对属于高端技术。

据介绍，他们设计的这套升压电路，要比美国斯坦福大学研发的同类升压比提高了92%。
看到这里，是不是感觉中国的科学家挺有创意的，然而早在2019年，哈佛大学就已经在《Nature》上发表过类似的飞行器，并且也同样依靠光能驱动。

然而哈佛大学的这架飞行器，却需要人工光源才能动起来，因为它的能量转换效率并不是有多好，需要三倍的太阳光才能驱动起来，想来想去，也只能依靠人工光源才能达到这样的效果。
但其实不管是国内还是国外，能够把无人机的重量做到这种极致，说明技术含量都非常高，但是不管技术有多么高，总是不免让人疑惑，这样又轻又薄的无人机有什么用？就算真的能飞起来，哪怕一阵微风都能把它吹翻，那么它的存在意义又是什么？
这种无人机有什么用？

按照官媒的解释，这种微型太阳能驱动无人机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。它在应急救援、狭小空间探测等多种场景中有望发挥作用，具有广阔的实用价值。

要把这种飞行器投入使用，抗风能力首先当然要考虑进去，像这种轻薄飞行器，很多人第一反应就是扛不住风力干扰，但其实目前市面上的很多飞行器也都是体积小、重量轻的，这种无人机从设计之初的方向就是要不容易被发现，但是他们在实际使用中，其实也不是一阵风就能吹翻的。

同样的道理放在这种轻薄的飞行器上也是一样，现在这种飞行器还处于实验研究阶段，要是真朝它吹一口气，它当然一吹就倒，但是如果技术成熟了，后面再配上了稳定的飞控系统，照样能够正常飞行。

抬杠的人也许还会说，大风来了看它还怎么扛得住？按照现实来说，确实没把握，但是要是非得这么较劲，哪怕是现在市面上的各种类型的无人机，遇到大风都要受影响。凡是机器都有自己的承受范围，不可能十项全能。

只要能够让这种轻便型的飞行器能够飞起来，并且还有稳定的飞控系统控制，其实这种无人机大有可为。很多人应该都能想到用来做侦察机，这种飞行器绝对一把好手，它就像竹蜻蜓一样无声无息，飘在头上都发现不了。

但是话又说回来，其实站在技术人的角度来看，北航的这项研究重点不在飞行功能，而是在于“静电电机”技术。就像上文说的，这种电机不需要传统的电磁线圈，很多人应该不清楚这意味着什么？
就这么说，自从人类发明电动机之后，一直使用的基础原理都是电磁转换，也就是必须要通过缠绕线圈的方式建立磁场。虽然后来又多种类型的电机出现，但都离不开这个基础原理。

但是静电电机打破了这个思维束缚，它不需要线圈，不需要电磁转换，并且电能到机械能的转换效率要比传统电机还高，这在某种程度上来说就是一种科技进步，这种技术一旦成熟，也会带来技术的革命。

这一研究成果是世界上首款静电驱动的飞行器，同时实现了微型飞行器的太阳能驱动飞行，虽然目前的技术成果还需后续优化，但已经实现了革命式的创新，对外揭示了一种全新的驱动方式。