原標(biāo)題：只能飛半小時(shí)？ 給無(wú)人機(jī)建個(gè)充電樁

讓無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)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(xiǎn)救災(zāi)的現(xiàn)場(chǎng)，由于電池續(xù)航問(wèn)題，就不能很好地發(fā)揮作用。即使是亞馬遜的送貨無(wú)人機(jī)只能覆蓋庫(kù)房附近數(shù)公里的范圍。

“如果能有‘無(wú)人機(jī)�？空�’，那無(wú)人機(jī)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(zhǎng)多旋翼無(wú)人滯空時(shí)間的掛靠機(jī)械臂及無(wú)人機(jī)充電樁”項(xiàng)目正在申請(qǐng)國(guó)家專利，“無(wú)人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，但續(xù)航短的問(wèn)題一直沒有得到根本解決。我的項(xiàng)目就是基于這個(gè)問(wèn)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(huì)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(huì)”。最終，孟鑫的項(xiàng)目在來(lái)自京津冀三地54所高校的179項(xiàng)專利成果、194件科技創(chuàng)新作品中脫穎而出，獲得先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域類一等獎(jiǎng)暨創(chuàng)新金獎(jiǎng)，以及創(chuàng)新對(duì)對(duì)碰活動(dòng)最佳人氣獎(jiǎng)。

充電第一步 給“無(wú)腳鳥”可依靠的機(jī)械臂

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

說(shuō)是“最佳人氣”倒真是很貼合實(shí)際。一整天，孟鑫都站在展臺(tái)前，耐心地向前來(lái)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(wú)人機(jī)安裝一個(gè)能掛靠電線桿、路燈柱等柱狀設(shè)施的機(jī)械臂，幫助解決無(wú)人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間空中�？康膯�(wèn)題。”記者看到，這個(gè)所謂的“機(jī)械臂”就像人的左、右手臂一樣呈半環(huán)抱姿勢(shì)，剛好形成半個(gè)長(zhǎng)圓型用來(lái)鉤住柱狀體。

項(xiàng)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(shí)很粗糙，就是想做一個(gè)無(wú)人機(jī)和機(jī)械臂結(jié)合的應(yīng)用。趙翔告訴記者，后期經(jīng)過(guò)反復(fù)思考與討論，他們想到了可以用機(jī)械臂來(lái)讓無(wú)人機(jī)在空中懸停市掛靠，這樣不需要無(wú)人機(jī)消耗電量，可以延長(zhǎng)無(wú)人機(jī)的作業(yè)時(shí)間，于是設(shè)計(jì)出這種掛靠在直立桿子上的結(jié)構(gòu)。后來(lái)他們想到，掛靠在機(jī)械臂上的無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)用于�？康臋C(jī)械結(jié)構(gòu)都采用的是“機(jī)械爪”模式，就像人的兩只手一樣抓住物體。但“機(jī)械爪”在工作時(shí)需要不斷消耗電能來(lái)保持抓握的狀態(tài)。比如，國(guó)外有的研究機(jī)構(gòu)就借鑒鳥類略過(guò)海面時(shí)用爪子抓魚的仿生原理，設(shè)計(jì)出了類似于鷹爪一樣的機(jī)械臂放置在無(wú)人機(jī)下部。無(wú)人機(jī)利用這種機(jī)械臂可以在飛行過(guò)程中抓取物品，動(dòng)作類似于老鷹捕食�；蛘呷缛毡灸硞�(gè)研究團(tuán)隊(duì)模仿鳥類的雙腳將無(wú)人機(jī)機(jī)械臂設(shè)計(jì)成兩個(gè)機(jī)械爪，不僅可以抓取、運(yùn)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(wú)人機(jī)在玻璃幕墻等物體表面�？�，但都需要消耗電能、用真空泵來(lái)制造真空條件用于�？�。

“而機(jī)械臂設(shè)計(jì)的最大優(yōu)勢(shì)就在于不會(huì)在掛靠時(shí)消耗電能。”孟鑫說(shuō)。

充電第二步 休息的同時(shí)給無(wú)人機(jī)“加點(diǎn)油”

實(shí)現(xiàn)為無(wú)人機(jī)省電后，下面就是給它充電，從根本上解決無(wú)人機(jī)的續(xù)航問(wèn)題了。

“這個(gè)無(wú)人機(jī)充電樁就是與機(jī)械臂一起配套解決續(xù)航問(wèn)題的。”孟鑫解釋說(shuō)，無(wú)人機(jī)充電樁以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電作為電力來(lái)源。記者從實(shí)物模型上看到，這個(gè)充電樁的頂部裝有風(fēng)力發(fā)電的“風(fēng)輪”，再下面一點(diǎn)是太陽(yáng)能充電板。無(wú)人機(jī)通過(guò)機(jī)械臂使掛靠在充電樁上，掛靠的同時(shí)完成充電對(duì)接。

“無(wú)人機(jī)充電樁系統(tǒng)主要用于無(wú)人機(jī)執(zhí)行長(zhǎng)距離任務(wù)時(shí)為其提供充電保障，起到類似汽車加油站的作用。”孟鑫說(shuō)，一個(gè)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(lái)無(wú)人機(jī)在快遞、石油管道巡檢和森林防火等方面都會(huì)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(hù)林員還需要長(zhǎng)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(wú)人機(jī)巡航標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，航程較短，無(wú)法進(jìn)入大型林區(qū)的深處執(zhí)行任務(wù)。但如果使用固定翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行森林巡查，其機(jī)動(dòng)性又不如多旋翼無(wú)人機(jī)。

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