巧妙！他给无人机续电就像“放风筝”

济南16岁学生发明神器　破解无人机续航短难题

 今年7月，第34届全国青少年科技创新大赛在澳门举行。山东省实验中学高二（12）班学生史博元凭借他发明的“基于恒张力长行程有线供电平台的便携式无人机地面保障系统”，获得全国总决赛二等奖、中国科学院大学科技创新奖和“十佳最受公众喜爱”展位奖第一名，成为此次总决赛中获奖等级最高、奖项最多的山东学生。昨天，记者在学校见到了史博元，他兴奋地向记者介绍了他的专利发明。从小就爱玩无人机的他，从放风筝和卷尺中获得灵感，破解了无人机滞空时间短、无法获取地面供电、遥控指挥失灵、数据有线传输等问题。文/记者　张雯雯　图/记者　王晓峰

今年7月，山东省实验中学高二（12）班学生史博元参加了第34届全国青少年科技创新大赛。比赛中，他发明的“基于恒张力长行程有线供电平台的便携式无人机地面保障系统”引发关注，并获得三项大奖。
　　史博元告诉记者，从小他就对无人机比较感兴趣，中考后的暑假，他在家看《国家地理》节目，发现很多镜头都是用无人机拍摄的。“因为很多镜头一看就是悬停在空中某个位置拍摄很久，当时我就想，如果无人机没电了，返航后更换电池，那太耽误事了。而且很多时候摄影师在野外，一个人不可能背太多的电池，所以这个问题他们是怎么解决的？”高一运动会时，学校摄影社团也用无人机拍摄运动会场景，但飞一会儿就没电了，就要返航换电池，在这期间很多画面就错过了。
　　史博元说：“我自己在家玩无人机时，也屡次遭遇无人机没电被迫返航的尴尬，所以我就想，能有什么好的办法让无人机不再受电量的困扰，可以长时间滞空飞行？”

高中课业紧张，但史博元从来没有停止过对无人机的探索和思考。一有空闲时间，他就查找资料，并请教老师。后来，他从放风筝和收放卷尺中获得灵感，运用高中物理学的力学（重力、张紧力和弹力）、电学、磁学等原理，应用PLC控制、步进电机和集成DC-DC隔离电源模块等，最终用了一年多的时间，设计发明了包括供电、卷放线、检测和驱动四个子系统的无人机地面有线保障系统，实现无人机长行程供电。
　　“目前无人机无法长时间旋停或巡航，特别是在灾害及群体事件现场等应急状态以及野外科考、岗哨值守等场景下，无人机需长时间滞空，提供实时监控、通讯基站、航标塔信等服务。有了这个系统，就破解了无人机滞空时间短、无法获取地面供电、遥控指挥失灵、数据有线传输等问题。”史博元说。

史博元向记者介绍，这个发明看似很复杂，其实有点像放风筝的原理，他用一根线缆安装在无人机电池接口处，这跟线缆采用直流变压，且材质很轻，无人机达到100米以上，线缆重量可以控制在1.2千克左右。然后，运用简洁的扭簧机制、编码器反馈等技术实现高精度恒张力控制，根据飞行高度和距离实现自动收放线缆。“这种无人机适用于固定场景的拍摄，只要下面有电源，他就可以一直持续工作。”史博元说。最初，他利用锂电池作为电源测试无人机，在100米高空实现了72小时以上滞空，而且整个系统安装于小工具箱内，重量不足10kg，方便携带。
　　另外，该系统还可为爬壁、巡检机器人等需要长时间、高能耗作业的移动装置提供长行程供电及实时数据传输、失控目标招回等应急保障。这将极大地提升无人机及该系统在各个领域、各种环境中的应用价值。
　　

记者了解到，第34届全国青少年科技创新大赛由中国科协、教育部、科技部等九部委和澳门特别行政区政府共同主办，是亚洲规模最大、参赛国别最多、影响最广的青少年科技竞赛活动，共1600余人参加了本次竞赛活动。本届大赛历时六个月，史博元的科技创新项目经过市赛省赛选拔、网上盲审、专家评选、封闭问辩、公众展示、网上公示等步骤，入围国赛。总决赛历时6天，这期间，史博元获得了全国总决赛二等奖、中国科学院大学科技创新奖和“十佳最受公众喜爱”展位奖第一名。成为此次总决赛中获奖等级最高、奖项最多的山东学生。
　　史博元告诉记者，公开展示期间，中国科协党组书记、常务副主席、书记处第一书记怀进鹏带领有关专家、学者来到展示现场。“当时怀书记走到我的展位前，停下了脚步，被我这个为无人机提供长行程电力保障的项目吸引住了。他向我提问了项目主要解决的问题、实现恒张力长行程的机械原理、技术特点以及未来的应用领域等，我逐一作了回答，并打开收纳箱向怀书记介绍了整个装置的构造和飞行试验等情况。”史博元笑着对记者说。现在想起当时的场景，史博元仍记忆犹新。

 文章来源：山东商报记者 张雯雯

封面图片：济南时报记者 黄中明