这些水下无人机利用水温差进行充电吗？_【IEEE电气电子工程师学会】

点击上方“IEEE电气电子工程师”即可订阅公众号。网罗全球科技前沿动态，为科研创业打开脑洞。Photo: S...

点击

上方“IEEE电气电子工程师”即可订阅公众号。网罗全球科技前沿动态，为科研创业打开脑洞。

Photo: SeatrecTwo Seatrec energy harvesting modules attached to a profiling float going as deep as 1000m.

Yi Chao喜欢称自己为“纸上谈兵的海洋学家（armchair oceanographer）”，因为他试过在船上呆了一周，晕船得非常厉害。因此，这位前美国国家航空航天局科学家想要通过让水下无人机利用其公司的能源收集技术进行充电，从而在更大范围内促进对海洋的远程研究，也就不足为奇了。

目前监测世界海洋的许多机器人滑翔机和浮动传感器站都被有效地当作一次性设备对待，因为研究界在无人机完成将数据传回国内的任务后，只有数量有限的船只和资金用于取回无人机。这不仅是浪费金钱，也可能导致越来越多的废弃锂离子电池因其泄漏的有毒物质污染海洋——这是一种绝对不可持续的研究水下世界秘密的方法。

“我们的目标是部署我们的能源收集系统，以使用可再生能源为这些机器人提供动力，”Chao说，他是初创企业Seatrec的总裁兼首席执行官。“我们要一次省一个电池，所以希望不要把更多的有毒电池扔进海里。”

Chao在加州的创业公司声称，其SL1热能收集系统已经可以帮助研究人员节省资金，相当于将机器人探测器用于海洋数据收集的成本降低了一个数量级。这家初创公司正致力于调整其系统，使其能与自主式水下滑翔机协同工作。此外，该公司还与国防巨头Northrop Grumman公司合作，为远洋无人机开发一个水下充电站，该站集成了Northrop Grumman公司的自绝缘电连接器，能够在通电触点被淹没的情况下工作。

Seatrec的能源收集系统利用了某些物质在加热时从固相转变为液相，和从液相转变为气相的过程。该公司的技术利用这些相变导致的压力变化来发电。

Image: Seatrec

为了使相变发生，Seatrec的解决方案利用了海洋表面温暖的水和海洋深处较冷的水之间的温差。即使是一个相对简单的机器人探测器也可以通过改变浮力来产生额外的电能，既可以漂浮在水面上，也可以沉到较冷的深度。

通过附加一个外部能量收集模块，Seatrec已经开始将机器人探测器转变成可以充电和再利用的资产，比每次派船去取回探测器更经济实惠。这种可再生能源方法可以让这种无人机几乎无限期地运行，除非出现电气或机械故障。Chao解释说：“我们只要将背包固定在机器人上，给了它们提供电源的电缆，它们就可以进入海洋。”

Seatrec产品的早期购买者主要是使用水下无人机收集海洋学数据的学术研究人员。但这家初创企业也吸引了军方和政府的兴趣。它已经从美国海军研究办公室（U.S. Office of Naval Research）和国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）获得了小企业创新研究合同。

Seatrec还获得了由美国能源部和NOAA管理的“推动蓝色经济：海洋观测奖”（Powering the Blue Economy: Ocean Observing Prize）下的两项奖，奖金为一万美元。早在2020年3月的DISCOVER竞赛阶段，所颁发的奖品包括与Northrop Grumman公司联合授予的“无限任务无人机潜航器站”概念奖项。这家初创公司和国防巨头目前正在寻找一家机器人公司，以合作开展“海洋观测奖”的开发竞争阶段，该奖项将提供总额为300万美元的奖金。

从长远来看，Seatrec希望它的能源收集技术能够支持商业企业，比如经营大型水下农场的水产养殖业。这项技术还可以支持水下无人驾驶飞机进行海底调查，为深海采矿项目铺平道路，尽管这些项目由于预计会对环境造成影响而引起争议。

在所有可能的应用中，Chao似乎特别热衷于Seatrec可再生能源技术的前景，这项技术使水下无人机和漂浮器能够长时间收集海洋数据。20年里，他大部分时间在位于加州福尼亚州帕萨迪纳市的NASA Jet Propulsion实验室工作，在那里他帮助开发了一颗用于监测地球海洋的卫星。但他和该实验室工程团队（开发Seatrec核心技术）相信，大量的水下无人机可以提供一个持续的监控网络，从而真正开始深入了解海洋。

COVID-19大流行在一定程度上减缓了Seatrec产品的生产和交付，原因是当地停产和供应链中断。不过，这家初创公司能够继续运营，部分原因是它被认为是一家经营重要制造设施的国防承包商。Seatrec的工程师和其他工作人员正在轮班工作，以实现社交隔离。

Chao说：“我们不是要为政府建立一两个充电站，而是要扩大规模以建立成千上万个，数十万个，甚至最好是数百万个，这样我们就可以增进理解并向社会提供这些数据。”