“飞鸟”捕碳记

本文转自：湖州日报

“新”潮澎湃南太湖·聪明的实验室系列报道

“飞鸟”捕碳记

——探访湖州市水域机器人技术重点实验室

团队成员展示试飞无人机。

记者 王炜丽

“炸机了，头部破损了”“分析一下，是哪里的问题”……4月1日，在湖州师范学院创新创业中心7楼的一间实验室，几人围着一架残缺的无人机“指手画脚”。

他们都是湖州市水域机器人技术重点实验室团队成员。负责人王泽峰双手捧着无人机，陷入沉思，这个河南汉子的眼神里，满是焦急与期待。

2020年，在法国研究电子信息近20年的王泽峰被湖州师范学院引进成为特聘教授，着手的第一件事是在学校支持下组建湖州市水域机器人技术重点实验室。

“湖州是江南水乡，因水而生、因水而兴、因水而美，水的文章生动丰富。”王泽峰说，“我们以计算机科学与技术、机械工程为核心，针对现代水域经济中的科学问题，开展水域机器人与智能化信息技术的理论研究和应用研究，为水质数据采集、水质保护、灾害预警、渔业安全、水产装备等方面提供支持。”

与水打交道，实验室把技术创新的可能性发挥到极致，无论是在水域上空、水面，还是水底，实验室根据不同应用场景展开相关研究，研发天上的“鸟”、水面的“船”、水里的“鱼”……2022年，实验室获湖州市科技局认定。

碳汇是通过植树造林、植被恢复等措施吸收大气中的二氧化碳，从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制，湿地碳汇是其中一种。“目前对碳汇的测量还是基于卫星遥感，但是湿地环境比较复杂，要对碳源和碳汇进行计算统计，传统的监测方式无法满足需求。因此，利用无人机技术进行监测是一种有效的解决方案。”实验室办公室主任、博士胡连信介绍。

实验室要造“飞鸟”，难度可不小，一边要考虑成果应用成本因素，一边要兼顾技术可行性，比如无人机结构、制造材料、续航问题，等等。“好在我们有一支特别有韧性的团队。”王泽峰介绍，这支23人的团队由从事各专业领域多年的中、高级研究人员构成，其中博士21人，平均年龄33岁。这支队伍还很特殊，因为成员大多是老师，经常是边上课边做实验。尽管如此，他们对待科研仍然一丝不苟，遇到问题不惧推倒重来，一遍遍寻求最佳方案。

制作无人机的材料是首要难题。团队先后尝试了3D打印材料、可降解材料，因为不符合防晒、防水，既要轻又要结实等要求，一一被淘汰。出师不利，团队急在心里，加快了研究的脚步。

转机很快来了，湖州师范学院与法国JUNIA大学在多年合作基础上共建中法水域资源与环境数字化监控联合实验室，其中一项重要内容是致力新一代介孔材料的研发，这种材料具有良好的抗压性、热稳定性和环保性等，非常符合水域无人机的要求。

正在法国JUNIA大学攻读博士学位的彭毅飞，在中法双方共四位博导教授的指导下，

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对新材料的开发和特需功能的测试正稳步进行。“新材料研发目前还在根据需求不断完善，获得了中法科技联委会的资助。”他介绍，随着研发的深入，他们还将进一步推广新材料的应用场景，比如，开发模块化、便携式、集成化的水质多参数传感器，解决污染物的选择性捕获，实现多物质、高通量、高精度检测。

随着科技的进步，无人机被广泛应用于航拍、导览、救援等领域，但一般的万元级无人机持续飞行时间不超过40分钟，而水域空间的碳汇监测需要长续航，至少飞行2小时。在电池固定的基础上，团队对比四旋翼和固定翼的结构发现，选择固定翼，像滑翔机一样更适合借助气流等外来因素实现持续飞行。但是，如何精准感知上升气流呢？

“人有皮肤，可以敏锐感知外界，机器没有皮肤怎么办？”胡连信说，起初，采用压电材料，风一吹，压电材料就会有电压变化，但是因为种种原因，试验多次失败了。走了弯路后，团队又回归传统，尝试采用气压计，最终获得成功。

让感知变成数据语言，需要很多过程，眼下，团队正在通过数字孪生融合建模，进一步破解仿真感知难题。一路闯关一路收获，无人机项目目前也取得一定技术成果，获得知识产权10余项。

“我们还根据气流气压分布等来进行路线规划，让无人机实现自主巡航。前几次试飞暴露了一些问题，但这并不可怕。步步难行步步行，我们有信心很快就能到达成功的彼岸。”说话间，王泽峰又望向那架残缺的无人机，目光炽热而坚定。