出彩95后！大学生王凯甬发明的无桨推进技术填补国内空白 | 来谈

    在浏览器上搜索“无桨推进器”，数十条“郑州大学无桨推进技术填补国内空白”的词条依次出现。

    “比赛评委对我们拿到一等奖很意外，没想到很多学校在水下机器人领域几年的技术积累，被我们的无桨推进器技术一年革新。”王凯甬指着桌子上的一代无桨推进水下机器人介绍道。

    1998年4月出生的王凯甬是郑州大学机械工程学院2016级学生，他发明的这项技术在船舶运行动力方面打开了一扇新的大门，填补了国内流体压缩动力领域的空白。

    想法萌生

    大一入学刚一个多月，考虑到传统有桨推进器的桨叶在水下作业时容易被水草和杂物缠绕，王凯甬萌生了用无桨代替有桨的想法。

    在得到机械工程学院党委副书记张宏选和学长董斌鑫的肯定与支持后，王凯甬开始着手无桨推进器的研究。

    由于他的理论基础比较薄弱，对技术原理的了解还不够透彻，而可供参考的中文文献又很少，因此王凯甬下载了30多篇外文文献进行学习。

    通过深入研究和思考，他发现可以在“机翼”两侧各装一个类似于圆环的前后贯通的涵道，再结合“柯恩达效应”，即可实现无桨技术的运行。

    无桨推进器使用涵道式的机械结构对侧方水体进行微压缩，机器人在水下运行时由涡轮增压机通过涵道在中间形成内圈高压水流，从而带动涵道中心的静态水流动，然后反作用于推进器，实现较大推力。

    同时，无桨推进率先利用“柯恩达效应”对出水、入水以及管道进行表面优化。此外，该无桨推进器在设计上采用流线型涵道，能高效地将电能转化推进的动能。

    “其中遇到的最大困难就是涵道模型的设计。”在这一年多的实验里，令王凯甬印象最深刻的是设计涵道模型。

    但由于实验室设备条件有限，他只能在图纸上大概计算涵道的数据，再用十几个小时的时间将模型打印出来。在将近一年的时间里，王凯甬都在重复着这样的操作，实验室的桌子上、抽屉里、地上都堆满了废弃的涵道模型。

    就这样，王凯甬和队员们整个暑假都住在实验室里，每天晚上工作到凌晨，“我做梦都在做实验，大家早上醒来洗把脸就继续干活。”

    经过一年多的实验，第一代无桨推进水下机器人在王凯甬的坚持和努力下诞生了，并获得了2017OI中国水下机器人大赛二等奖。

    突破自我

    而参加2018中国机器人大赛的机器人，是王凯甬在距离比赛仅剩下不到一周的时间里再次创新的。“从塑料手到金属手，是一次技术的突破。”王凯甬说。

    之前几年的参赛机器人均使用PLA塑料材质的机械手，在激烈的争夺战中经常断裂，以致在比赛中常处于被动的局面。

    “要想在对抗赛里获胜，机器人的手臂必须有足够的力量应对敌方的攻击，并成功抢到球。”

    因此，王凯甬采用新工艺的铝合金机械手，利用CNC数控加工铝板，通过机械配合的方式组装成立体机械手，解决了之前存在的弊端，“这才让我们的机器人更加坚固有力，最终获得了对抗项目的三等奖。”

    凭借着从有桨到无桨的突破和创新，王凯甬获得了2017年第十一届iCAN国际创新创业大赛中国区总决赛一等奖、2018iCAN原创中国精英挑战赛精英奖、第七届全国海洋航行器设计与制作大赛特等奖以及2018·International Underwater Robot Competition Second Prize等20余项科技竞赛奖项，拥有4项个人发明专利，并在郑州大学大学科技园注册成立郑州无桨推进技术开发有限公司（筹），获得河南省教育厅“新时代新梦想”创业帮扶基金支持。

    焕发新生

    凭借着在无桨领域的不断创新，凭借着求索不止的精神，王凯甬最终站在了第十二届“十佳创新之星——iCAN创业之星”的颁奖台上。

    在第十二届iCAN国际创新创业大赛总决赛开幕式上，王凯甬作为2018iCAN国际创新创业大赛中国总决赛唯一的学生代表发言，并介绍了他今年新提出的技术——动物行为控制技术。

    “运用仿生技术可以做出很逼真的动物，但仿造的动物永远不如真实的动物，所以我就想，能不能发明一套技术直接控制动物的大脑？”带着这样的疑问，王凯甬产生了利用动物的应激反应能力控制动物行为的想法。

    经过大量的实验与检测，将乌龟对不同的光线、波长等刺激的反应，集成到一个设备上，然后将该设备罩在乌龟的身体上，通过遥控器控制设备，从而控制乌龟的行为。

    当乌龟的眼睛向右上角看时，在其视线的延长线上打开安装好的LED灯，乌龟的眼睛受到光的刺激，便会将头转向其他方向。

    “让乌龟代替船潜入水底，我们在陆地上向左控制遥控器，乌龟就会向左爬。乌龟以比机器人更小的体积、更强的机动性实现了水底多维运动。”王凯甬介绍道。

    “这种穿戴式的控制技术在一定程度上突破了仿生技术难以达到的技术高度，与现有的仿生技术实现功能性互补。”王凯甬说。

    目前该技术已经可以非常准确地控制乌龟，王凯甬正在对鸡等禽类动物进行大量实验，收集控制数据。如果成功，将来有望用鸽子更灵活的运动方式和更广阔的运动范围取代航拍器进行航拍。

    除此之外，该技术还能应用于特殊场景下的侦查、地质探测、特种任务实现等领域。

    在指导老师张宏选看来，王凯甬取得的科创成绩主要取决于他平时勤学好问、坚韧不拔的品质。

    “他平时非常善于思考，不是把看到的物品看作终极产品，而是看作可以利用或改良的工具，而且他敢于向权威挑战，敢于不断突破自我。虽然‘无浆’失败了很多次，但他一直在坚持，从不放弃。”

    作为优秀科创团队深蓝科技部的副部长，王凯甬在全身心投入科创的同时，还积极组织和带领团队成员一同进行创新项目，不断取得新成果。

    机器人实验室的灯依旧亮到深夜，王凯甬也正向下一个目标迈进——将无桨推进器应用到飞机上。

    “我国在无桨推进领域还有许多有待进一步研究的方向，急需我们青年人的投入和参与。同时我也想把自己的科技成果推广运用到实际的生产生活中，不能让它们躺在实验室里，而要让它们实现应有的价值。”

    他希望自己将来可以在海洋船舶领域内继续深造，为我国船舶事业的发展贡献一份青春力量。

    文案 滕文强 冯雪 何鑫雨（河南大学生新闻社）

    图片来源 受访者

    编辑 张浩

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