僅重4.2克！有光就能飛的微型無人機是如何工作的？ 【萌萌戰隊】

近日有新聞說北航的科研團隊成功研製出 起飛重量僅4.2克的太陽能微型無人機 從報道看該機只需要自然光的能量 即可持續飛行 着實令人驚歎 目前這一成果已在《自然》期刊發表 據介紹這種無人機旋翼直徑約20釐米 靠底部兩片太陽能電池板 以及重量僅1.13克的升壓組件提供電能 驅動機身內外兩圈鰭片狀的靜電電動機運轉 並通過內圈的轉子 帶動一副八葉旋翼產生拉力 成功使這架重量如一張A4紙的無人機升空 顯然這種奇特的靜電電動機不僅效率很高 還能提供足夠的扭矩 那麼它是如何工作的呢 我看最好的辦法還是 照貓畫虎複製一架進行研究 首先將三根很細的塑料棒 繞成直徑11釐米的環形 每個環都用帶軸孔的框架支撐 再插入一根轉軸 以此作爲靜電電機的轉子支架 然後在架子上粘接一圈有外框的長條形鋁箔 這就是電動機的轉子 接着給轉軸上下兩端各套一個 直徑約12釐米的塑料環形支架 外圈同樣固定若干個 有外框支撐的長條形鋁箔 這些金屬鰭片作爲靜電電動機的定子 與所在的圓環直徑呈37度夾角 現在稱量這個電動機 如果重量能控制在1.5克以內 並且轉動時內外圈鰭片保持極小的間隙 但不接觸就算合格 然後用很細的輕木條粘接出電機支架 並將其固定在定子的框架上 再用極輕薄的電路板製作出一個 能將3-4V升高至8-9KV的升壓組件 該組線的重量需控制在一克出頭 最後將兩片薄膜狀太陽能電池板 粘在支架另一端 通過調整距離使整個電機的重心落在中軸上 再次稱量整體重量應在3.3克左右 在自然光照射下 兩片太陽能電池板可產生3-4V 通過升壓組件將電壓提高到8-9KV 組件引出的正負極導線 以間隔方式連接定子鋁箔 這樣在正極鰭片上由於邊緣處的正電荷密度 急劇增大使場強升高 於是將空氣電離出現電暈 其中的正離子被電場推向轉子鰭片 並剝奪其自由電子 使轉子鰭片也帶上了正電荷 如此一來該鰭片就會被相鄰的定子 前吸後推而向前運動 並且表面的電荷也在向前聚集 造成前緣場強增大 同樣在空氣裏形成電暈 於是這個鰭片又通過電離的空氣 和負極的金屬片不斷吸收電子使電性中和 但此時轉子並不會失去動力 因爲後面的鰭片正在半路上被前拉後推 所以整個轉子可持續受到靜電產生的扭矩 既然電機能正常工作 那就給轉軸套上個槳轂 上面安裝八個骨架蒙皮葉片 這副旋翼重量約0.8克 能產生稍大於起飛重量的拉力使直升機離地 但這是個單槳直升機 反扭力矩會導致機身反轉 因此還要給定子上安裝限位架 並把直升機放進一個觀賞框裏 再從限位架兩側導管 各穿過一根魚線作爲導軌 使直升機只能升高降低而不能亂飛 因此也避免了 機身撞到圍觀者造成的觸電事故 雖然這款直升機確實好玩 但手殘黨要製作成功難於登天 因此可找個瓶子給底面打個洞 讓木板上的鐵籤穿進瓶子頂住瓶蓋 同時瓶身間隔貼幾張錫箔紙 無需懷疑 這就是個電機轉子 然後用摩擦起電的塑料棒作爲定子 只要做出一邊摩擦一邊靠近的協調動作 塑料棒就會通過電暈放電使錫箔紙充電 從而帶動瓶子旋轉 當錫箔紙轉動到對面的蠟燭處 電荷又會被蠟燭火焰電離的空氣所中和 然後開始下一次充放電循環 正如各位所見 這個靜電電動機雖然簡陋 但卻採用了十分獨特的智能生物起電模式 所以它比太陽能直升機更加先進