世界最輕最小！我國科研團隊研發出太陽能動力微型無人機！近日，北京航空航天大學科研團隊迎來了一個喜訊：他們研究出了重4.21克、整機僅有巴掌大小、比一張A4紙還要輕的微型飛行器。這項研究成果以論文的形式發表在了《自然》（Nature）雜誌上。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表的第一篇文章，他在學術領域取得的創新成果收獲了很多點讚，“不鳴則已，一鳴驚人！”“從本科‘肝’到博三，六年專心做一件事，這是科研人的執著”。揚子晚報紫牛新聞記者采訪到博士生申威，了解到這項研究背後的故事。

北航科研團隊研究出

比一張A4紙還要輕的飛行器

一張A4紙有多重？4.63克。但是我國科研團隊研發出的超輕無人機，全部重量僅有4.21克，它比一張A4紙還要輕。這個重量還包括了動力源、發動機和螺旋槳等所有零部件的重量。是不是非常不可思議？

近日，權威期刊《自然》（Nature）上發表了北京航空航天大學科研團隊的最新研究成果——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範圍，對微型飛行器的發展進程具有裏程碑意義。

研究成果登上了《自然》

揚子晚報紫牛新聞記者了解到，這項研究成果由北航科研團隊完全自主研發，北航能源與動力工程學院博士研究生申威和師弟彭謹哲為共同第一作者，漆明淨教授、閆曉軍教授為通訊作者。

今年28歲的申威從本科時期就開始研究這個課題了，申威介紹，“太陽能無人機在幾十年前已經做出來了，但都是很大型的太陽能無人機，2019年新加坡國立大學做了一個旋翼飛行器，這個在當時算是最小的旋翼無人機了，但依然很大（2m*2m），再在這個基礎上往小了做算是比較困難了，所以我們的這項研究，是從另一個技術路線出發去解決這個問題。”

這項成果首次實現了靜電電機驅動飛行，首次實現了微型飛行器領域的太陽能驅動飛行。在此之前，雖然靜電電機出現了很久，但是一直沒有得到合適的應用，如今證明靜電電機是可以用於飛行器的；此前，微型飛行器無法實現太陽能驅動飛行，現在實現了突破。

靜電飛行器CoulombFly

曾多次想發表，都忍住了

科研要抱著“十年磨一劍”的心態

申威介紹，自己第一次接觸到靜電電機的課題是在大三，當時是作為一個暑期科研項目。到了研究生階段，曾因為困難太大，感覺有點做不下去，一度想放棄轉做其他課題，因為當時普遍認為靜電電機沒什麼用。“但是老師沒同意，我也emo（網絡用語：憂鬱、傷感）了好久。”

到了研二的時候，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。於是那段時間他每天七八點就會到實驗室，幾乎全天都呆在實驗室，晚上10點、11點回寢室。

利用靜電電機來做微型飛行器這個想法是如何產生的呢？“那是一個失眠的晚上，躺在床上睡不著，就開始思考是不是可以把靜電電機裝上螺旋槳實現飛行。”申威說，“以我對靜電電機的認識，我覺得靜電電機轉得挺快的，應該能產生足夠的升力，隻要找到一個合適的結構。”

為什麼當時想要用靜電電機做一個飛行器，而不是其他的東西？“可能是我們學校是北航吧，或許每個北航的學生都會對飛行有一些憧憬，做飛行器是一件很炫酷的事情。當然也是因為做一個新型的微型飛行器很難，如果研發成功的話肯定是世界級的創新，國際上也有類似的新型微型飛行器發表在《Nature》期刊上，所以很憧憬。”說幹就幹，於是他瞄著要把靜電電機用到飛行器上的想法開始攻關，申威說，“沒想到試驗非常順利，才試驗了三周，就初步確定可以飛行，當時是比較開心和激動的，因為這也是見證了曆史，一個新的飛行器將會誕生。”

讀博士期間，申威一直沿著這個方向做研究，攻克了很多難題，“後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，國際上也沒有多少先例，但我師弟竟然把升壓電路做了出來，我們的研究成果也是更加完善了，文章發表出去審稿人也無話可說了。”

靜電飛行器CoulombFly

申威的師弟彭謹哲接受采訪時說，靜電電機外形酷似燈籠，周邊有一圈電極片，遵循“同性相斥，異性相吸”的原則，相鄰的兩個電極片，帶有的電荷是完全相反的，所以在中間運動的電極片會被它右側的電極片所排斥，被左側的電極片吸引，最終形成一個升力，帶動整個裝置，也就是太陽能電池、電路、電機和螺旋槳本身，使整個飛行器起飛。

經曆了團隊漫長的探索，今年1月29日他們將論文投給了《自然》，“《自然》雜誌是在全世界綜合排名第一的雜誌，大多數論文都以生物醫學、化工、材料居多，機械動力類的文章每年可能不會超過5篇。本來是抱著試一試的心態去投稿的，沒想到卻中了。”

申威說，今年3月26日雜誌返回了意見，表示論文已經被原則性接收了，“這個速度是很快的，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。大概到了5月，論文被正式接收，7月就發表了。這個論文我完成了靜電電機和總體結構設計，我師弟完成了升壓的那一部分，都很不容易。我們希望它能夠為後續研究提供一個很好的思路和啟發。”

對於申威來說，這篇論文還有一個巨大的意義，這是他從本科到博士期間發的第一篇論文，“其實在很多節點都可以發論文，但是我們老師說，你把前期這些成果發出去，就會把論文的創新性大大削弱，做科研要有耐心，要有十年磨一劍的心態。那會兒很多同學都陸陸續續發了文章，我開始心裏也比較急，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，一點一點去完善我們的實驗結論，最後比較成熟才投了稿。”申威說，“能發《自然》是可遇不可求的事情，沒想到第一篇正式發表的論文就上了《自然》，那種心情很複雜，有種在做夢的感覺！”

生活中的申威

生活中是個騎行達人

做完實驗花21天騎行川藏線

申威是江西南昌人，高中時成績一直很好，本科就讀於北京航空航天大學飛行器動力專業。

他在科研方麵專注投入，生活方麵也和現在的年輕人一樣，喜歡健身和騎行，他還是B站的一位Up主，粉絲有1.7萬。

“科研之餘會想著出去玩一玩，放鬆一下心情。” 他從大一暑假開始騎行，當時想著大學的生活需要一些不一樣的東西，就拉著一個高中同學去騎行。第一次是從北京騎到南京，“去看了南京大學和南京航空航天大學，還去中山陵轉了一圈，印象很深刻的是漂亮的梧桐樹。”這次旅行結束後，他喜歡上了騎行，後麵經常利用假期騎行經典路線。

去年4月，他和團隊把微型飛行器的實驗全部做完了，他就利用暑假騎川藏線。“這是我的一個小心願，當時想著現在不騎的話，後麵就沒時間騎了，於是喊了一個師弟一起去。騎行的第五天還是第六天，上了海拔4000多米的時候，我有了嚴重的高反，特別喘，腦袋也疼，隻能推車繼續前行，一直推到晚上九點多才到賓館，那天特別難受，差點想放棄，後麵直接睡了一晚多，醒來之後好多了，就繼續騎了。”騎行川藏線很難，尤其是在高海拔地區，每天不是在爬坡就是在爬坡的路上，這都需要堅強的意誌和強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，風景特別好。“還遇到了冰雹，在冰雹中騎行真累壞了，但當雨過天晴，看到了特別澄澈的天空，我心情一下子就變好了。”在康定的時候，他還看到了雨後的彩虹。

騎行途中的申威

騎行過後，暑假也差不多結束了，他回到學校，回歸實驗結論部分的寫作。等寫完論文後，他又給自己安排了一次海南環島自由行，“投稿是師弟幫忙投的，我當時已經到海南了。”海南騎行了七八天，基本都是平路，騎得比較輕鬆一點，也感受了海南的海景，吹著海風很舒服。“做科研的時候比較枯燥，但是生活嘛，要自己學會調解，在不做實驗的時候出去看看世界，再回到實驗室裏，狀態會好很多，也更有創造力。”

喜愛旅行的申威

不出去騎車的時候，申威平時在科研之餘也會經常鍛煉身體，喜歡跑步、羽毛球、遊泳，是一個熱愛生活的青年。論文在《自然》上發表之後，他還在B站發了《自然》編輯特意為這個無人機製作的科普視頻，並自己配上翻譯字幕，分享給網友。這個視頻很快受到網友關注，視頻播放量將近70萬，有網友評論說：“玩b站這麼多年，第一次看見《Nature》這個標，真的是大佬！”

對於最近受到的關注，申威表示，看到那麼多人對這個領域感興趣，自己非常開心，也感謝老師的堅持，學弟們的共同努力，之後自己會把這個研究納入博士畢業論文中，並且去做更深入的探討，希望能在這個“小眾”方向繼續拓展下去，爭取讓它真正地使用到更多場景中。

紫牛新聞記者｜張冰晶 宋世鋒

編輯｜張冰晶

剪輯｜萬惠娟

主編｜陳迪晨

圖片和視頻素材：受訪者提供

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