世界最轻最小！我国科研团队研发出太阳能动力微型无人机！近日，北京航空航天大学科研团队迎来了一个喜讯：他们研究出了重4.21克、整机仅有巴掌大小、比一张A4纸还要轻的微型飞行器。这项研究成果以论文的形式发表在了《自然》（Nature）杂志上。让人感到意外的是，这篇论文也是第一作者申威从本科到博士生阶段发表的第一篇文章，他在学术领域取得的创新成果收获了很多点赞，“不鸣则已，一鸣惊人！”“从本科‘肝’到博三，六年专心做一件事，这是科研人的执着”。南京夜生活紫牛新闻记者采访到博士生申威，了解到这项研究背后的故事。
北航科研团队研究出
比一张A4纸还要轻的飞行器
一张A4纸有多重？4.63克。但是我国科研团队研发出的超轻无人机，全部重量仅有4.21克，它比一张A4纸还要轻。这个重量还包括了动力源、发动机和螺旋桨等所有零部件的重量。是不是非常不可思议？
近日，权威期刊《自然》（Nature）上发表了北京航空航天大学科研团队的最新研究成果——目前世界上最轻、最小的纯自然光供能微型飞行器，名为静电飞行器“CoulombFly”。这一突破极大地拓展了微型飞行器的使用范围，对微型飞行器的发展进程具有里程碑意义。
研究成果登上了《自然》
南京夜生活紫牛新闻记者了解到，这项研究成果由北航科研团队完全自主研发，北航能源与动力工程学院博士研究生申威和师弟彭谨哲为共同第一作者，漆明净教授、闫晓军教授为通讯作者。
今年28岁的申威从本科时期就开始研究这个课题了，申威介绍，“太阳能无人机在几十年前已经做出来了，但都是很大型的太阳能无人机，2019年新加坡国立大学做了一个旋翼飞行器，这个在当时算是最小的旋翼无人机了，但依然很大（2m*2m），再在这个基础上往小了做算是比较困难了，所以我们的这项研究，是从另一个技术路线出发去解决这个问题。”
这项成果首次实现了静电电机驱动飞行，首次实现了微型飞行器领域的太阳能驱动飞行。在此之前，虽然静电电机出现了很久，但是一直没有得到合适的应用，如今证明静电电机是可以用于飞行器的；此前，微型飞行器无法实现太阳能驱动飞行，现在实现了突破。
静电飞行器CoulombFly
曾多次想发表，都忍住了
科研要抱着“十年磨一剑”的心态
申威介绍，自己第一次接触到静电电机的课题是在大三，当时是作为一个暑期科研项目。到了研究生阶段，曾因为困难太大，感觉有点做不下去，一度想放弃转做其他课题，因为当时普遍认为静电电机没什么用。“但是老师没同意，我也emo（网络用语：忧郁、伤感）了好久。”
到了研二的时候，他开始觉得不能再虚度光阴了，就重新振作起来，想要做出一些东西。于是那段时间他每天七八点就会到实验室，几乎全天都呆在实验室，晚上10点、11点回寝室。
利用静电电机来做微型飞行器这个想法是如何产生的呢？“那是一个失眠的晚上，躺在床上睡不着，就开始思考是不是可以把静电电机装上螺旋桨实现飞行。”申威说，“以我对静电电机的认识，我觉得静电电机转得挺快的，应该能产生足够的升力，只要找到一个合适的结构。”
为什么当时想要用静电电机做一个飞行器，而不是其他的东西？“可能是我们学校是北航吧，或许每个北航的学生都会对飞行有一些憧憬，做飞行器是一件很炫酷的事情。当然也是因为做一个新型的微型飞行器很难，如果研发成功的话肯定是世界级的创新，国际上也有类似的新型微型飞行器发表在《Nature》期刊上，所以很憧憬。”说干就干，于是他瞄着要把静电电机用到飞行器上的想法开始攻关，申威说，“没想到试验非常顺利，才试验了三周，就初步确定可以飞行，当时是比较开心和激动的，因为这也是见证了历史，一个新的飞行器将会诞生。”
读博士期间，申威一直沿着这个方向做研究，攻克了很多难题，“后来就差电路升压的部分，1克左右的升压器要把电压升到八九千伏，是非常困难的，国际上也没有多少先例，但我师弟竟然把升压电路做了出来，我们的研究成果也是更加完善了，文章发表出去审稿人也无话可说了。”
静电飞行器CoulombFly
申威的师弟彭谨哲接受采访时说，静电电机外形酷似灯笼，周边有一圈电极片，遵循“同性相斥，异性相吸”的原则，相邻的两个电极片，带有的电荷是完全相反的，所以在中间运动的电极片会被它右侧的电极片所排斥，被左侧的电极片吸引，最终形成一个升力，带动整个装置，也就是太阳能电池、电路、电机和螺旋桨本身，使整个飞行器起飞。
经历了团队漫长的探索，今年1月29日他们将论文投给了《自然》，“《自然》杂志是在全世界综合排名第一的杂志，大多数论文都以生物医学、化工、材料居多，机械动力类的文章每年可能不会超过5篇。本来是抱着试一试的心态去投稿的，没想到却中了。”
申威说，今年3月26日杂志返回了意见，表示论文已经被原则性接收了，“这个速度是很快的，一般来说投《自然》的论文修改要一年半载，没想到我们的论文连小修改都没有提，感到特别幸运。大概到了5月，论文被正式接收，7月就发表了。这个论文我完成了静电电机和总体结构设计，我师弟完成了升压的那一部分，都很不容易。我们希望它能够为后续研究提供一个很好的思路和启发。”
对于申威来说，这篇论文还有一个巨大的意义，这是他从本科到博士期间发的第一篇论文，“其实在很多节点都可以发论文，但是我们老师说，你把前期这些成果发出去，就会把论文的创新性大大削弱，做科研要有耐心，要有十年磨一剑的心态。那会儿很多同学都陆陆续续发了文章，我开始心里也比较急，但是随着研究越来越深入，我们研究方向的可行性越来越大，我也耐住了性子，一点一点去完善我们的实验结论，最后比较成熟才投了稿。”申威说，“能发《自然》是可遇不可求的事情，没想到第一篇正式发表的论文就上了《自然》，那种心情很复杂，有种在做梦的感觉！”
生活中的申威
生活中是个骑行达人
做完实验花21天骑行川藏线
申威是江西南昌人，高中时成绩一直很好，本科就读于北京航空航天大学飞行器动力专业。
他在科研方面专注投入，生活方面也和现在的年轻人一样，喜欢健身和骑行，他还是B站的一位Up主，粉丝有1.7万。
“科研之余会想着出去玩一玩，放松一下心情。” 他从大一暑假开始骑行，当时想着大学的生活需要一些不一样的东西，就拉着一个高中同学去骑行。第一次是从北京骑到南京，“去看了南京大学和南京航空航天大学，还去中山陵转了一圈，印象很深刻的是漂亮的梧桐树。”这次旅行结束后，他喜欢上了骑行，后面经常利用假期骑行经典路线。
去年4月，他和团队把微型飞行器的实验全部做完了，他就利用暑假骑川藏线。“这是我的一个小心愿，当时想着现在不骑的话，后面就没时间骑了，于是喊了一个师弟一起去。骑行的第五天还是第六天，上了海拔4000多米的时候，我有了严重的高反，特别喘，脑袋也疼，只能推车继续前行，一直推到晚上九点多才到宾馆，那天特别难受，差点想放弃，后面直接睡了一晚多，醒来之后好多了，就继续骑了。”骑行川藏线很难，尤其是在高海拔地区，每天不是在爬坡就是在爬坡的路上，这都需要坚强的意志和强大的信念才能骑完全程。
骑行的路上，他印象比较深刻的是理塘，高原的大草原上有很多漂亮的花，风景特别好。“还遇到了冰雹，在冰雹中骑行真累坏了，但当雨过天晴，看到了特别澄澈的天空，我心情一下子就变好了。”在康定的时候，他还看到了雨后的彩虹。
骑行途中的申威
骑行过后，暑假也差不多结束了，他回到学校，回归实验结论部分的写作。等写完论文后，他又给自己安排了一次海南环岛自由行，“投稿是师弟帮忙投的，我当时已经到海南了。”海南骑行了七八天，基本都是平路，骑得比较轻松一点，也感受了海南的海景，吹着海风很舒服。“做科研的时候比较枯燥，但是生活嘛，要自己学会调解，在不做实验的时候出去看看世界，再回到实验室里，状态会好很多，也更有创造力。”
喜爱旅行的申威
不出去骑车的时候，申威平时在科研之余也会经常锻炼身体，喜欢跑步、羽毛球、游泳，是一个热爱生活的青年。论文在《自然》上发表之后，他还在B站发了《自然》编辑特意为这个无人机制作的科普视频，并自己配上翻译字幕，分享给网友。这个视频很快受到网友关注，视频播放量将近70万，有网友评论说：“玩b站这么多年，第一次看见《Nature》这个标，真的是大佬！”
对于最近受到的关注，申威表示，看到那么多人对这个领域感兴趣，自己非常开心，也感谢老师的坚持，学弟们的共同努力，之后自己会把这个研究纳入博士毕业论文中，并且去做更深入的探讨，希望能在这个“小众”方向继续拓展下去，争取让它真正地使用到更多场景中。
紫牛新闻记者｜张冰晶 宋世锋
编辑｜张冰晶
剪辑｜万惠娟
主编｜陈迪晨
图片和视频素材：受访者提供
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