飛來飛去的無人機(jī)一直是近幾年的熱點(diǎn)，從最開始的航拍，到無人機(jī)照明，無人機(jī)測距，無人機(jī)拜年，各種花里胡哨。
最近，韓國的設(shè)計(jì)師又帶來了一個(gè)新概念，用于地鐵站消毒的UVC-LED無人機(jī)。
消息一出，業(yè)內(nèi)的小伙伴紛紛議論：“我們的UVCLED應(yīng)用還在各種盒子、飲水機(jī)里折騰的時(shí)候，別人居然已經(jīng)玩上天了。”這個(gè)新的應(yīng)用場景究竟是異想天開還是切實(shí)可行？
其實(shí)，這樣看似噱頭的產(chǎn)品亮相在行業(yè)中不是第一次。
2017年，當(dāng)NIKKISO公布120LPM流量的UVC-LED水殺菌模組的時(shí)候，很多人都覺得只這是個(gè)展示研發(fā)實(shí)力的花瓶，高昂的價(jià)格可以勸退世人。
然而最新的信息表明這款產(chǎn)品經(jīng)過不斷的優(yōu)化和一年的實(shí)地實(shí)驗(yàn)后，已從水產(chǎn)養(yǎng)殖水殺菌打開突破口，并且正往工廠、泳池用水殺菌領(lǐng)域邁進(jìn)。
原因很簡單：這款產(chǎn)品抓住了大和民族熱愛水產(chǎn)品生食，水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中必須殺菌這個(gè)剛需市場，解決了傳統(tǒng)汞燈水殺菌產(chǎn)品的痛點(diǎn)：水溫升高影響水的PH值從而影響水產(chǎn)口感、與海水礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)在玻璃表面結(jié)垢影響使用。
與汞燈同等的性能和生命周期成本，更好的水產(chǎn)銷量與更低的維護(hù)成本，是其經(jīng)濟(jì)效益的直觀體現(xiàn)。
對于眼前這個(gè)無人機(jī)，本人也將從解決痛點(diǎn)，技術(shù)可行性，經(jīng)濟(jì)效益這三方面做一個(gè)簡單的分析。望能拋磚引玉，與大家共同思考。
01 一個(gè)產(chǎn)品解決三個(gè)痛點(diǎn)
目前地鐵車站的消毒方式是這樣的：
• 對于室內(nèi)空氣，主要是采取通風(fēng)和過濾來改善空氣質(zhì)量。部分站廳空調(diào)系統(tǒng)采用了以高壓靜電為主的中效過濾設(shè)備，需要定期對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行清洗和拆洗消毒。
• 對于人體經(jīng)常接觸的扶手、座椅、售票機(jī)、自動扶梯等重點(diǎn)位置，需要人工噴灑或擦拭消毒液。消毒液對各種致病菌具有快速、長時(shí)間的殺滅作用，并且對車廂內(nèi)設(shè)施沒有腐蝕性。
目前地鐵車站的消毒方式
以上的消毒方式存在如下痛點(diǎn)：
• 過分依賴機(jī)械通風(fēng)。風(fēng)循環(huán)殺菌基于稀釋原理，加上有通風(fēng)不良的死角存在，有害微生物很難在短時(shí)間內(nèi)被徹底清除。
• 微生物繁殖的速度往往大于滅殺速度。病毒、細(xì)菌傳播繁殖與溫濕度密切相關(guān)，車站內(nèi)環(huán)境適宜多數(shù)病原體生長，空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管成為微生物繁殖的溫床。原本用于殺菌的通風(fēng)系統(tǒng)，反而成為了傳播病菌的工具。
• 缺乏快速、安全應(yīng)對惡性傳染病爆發(fā)等突發(fā)事件的能力。
地鐵站廳需要引入一種或多種消毒方式去應(yīng)對上述的風(fēng)險(xiǎn)。而UVC-LED消毒無人機(jī)是一個(gè)很好的選擇：
• 引入這種更具針對性的消毒方式，在通風(fēng)不暢或存在死角時(shí)也能保證消毒效果。殺菌率的提升對迅速繁殖的有害微生物可以有效抑制。
• 適合于對重點(diǎn)位置進(jìn)行表面消毒，無毒副和氣味殘留，無需人工參與，可在地鐵停運(yùn)期間實(shí)現(xiàn)大量重復(fù)性勞動。通過路徑規(guī)劃可以實(shí)現(xiàn)多臺無人機(jī)的協(xié)同操作對整個(gè)空間進(jìn)行無死角的消毒
• 一個(gè)安全的突發(fā)事件應(yīng)對手段。UVC-LED對SARS、MERS、流感等高危傳染性的病毒具有高效的滅殺作用，緊急情況下無人機(jī)可以在任意時(shí)間首當(dāng)其沖進(jìn)入可能存在高危病毒的空間進(jìn)行觀察與消毒。為了防止病毒擴(kuò)散無人機(jī)在任務(wù)完成后可以集中到指定地點(diǎn)等待銷毀。
韓國地鐵覆蓋率高，地鐵站密度大。之前爆發(fā)的MERS更是搞得全城消毒，風(fēng)聲鶴唳。相信在尋求新型的公共場所殺菌方法上，他們比國人思考的更多，也更加的緊迫。UVC-LED消毒無人機(jī)一個(gè)產(chǎn)品同時(shí)解決三個(gè)痛點(diǎn)，這是其他的消毒方式無法做到的。從這點(diǎn)來說，這款概念的出現(xiàn)并非空穴來風(fēng)。
02 光源效率與續(xù)航能力成為瓶頸
作為殺菌模塊的搭載平臺，無人機(jī)的性能與殺菌效果息息相關(guān)。UVC-LED光源模組需要搭配相應(yīng)的散熱和供電模塊，對無人機(jī)的載重和供電能力有一定的要求。本人以一款國內(nèi)知名品牌的，起飛重量1400g的四旋翼航拍無人機(jī)作為改造對象，評估殺菌能力。
假設(shè)使用UVC-LED殺菌模塊替代原有的拍攝和圖傳模塊后，整機(jī)重量保持不變。但由于功耗增加，續(xù)航時(shí)間需要重新評估。該款無人機(jī)的電池容量為90Wh，續(xù)航時(shí)間為30min。也就是整機(jī)功耗約180W，除去拍攝和傳圖模塊后，無人機(jī)旋翼電機(jī)和飛控系統(tǒng)的功耗約140W。新增的UVC-LED殺菌模塊功耗按照100W計(jì)算，改造后的無人機(jī)總功耗為240W，在電池不變起飛重量不變的情況下，續(xù)航時(shí)間縮短為20分鐘。改造前后的對比如下表：
無人機(jī)改造前后參數(shù)對比
關(guān)于UVC-LED光源模組的安放位置，由于無人機(jī)中心是電池、飛控設(shè)備和各類傳感器的聚集地，顯然不適合安放光源模組。概念圖中光源模組分散安裝在四個(gè)旋翼附近是比較好的方式，在分散熱源的同時(shí)，旋翼的風(fēng)流也可幫助散熱。另外這樣的設(shè)計(jì)還有利于增加光照范圍和光均勻性。
該款無人機(jī)軸距為350mm，4個(gè)UVC-LED光源模組的尺寸及安裝位置如下圖黃色位置。按照4%的光電轉(zhuǎn)化效率計(jì)算，每個(gè)光源模組光功率為1000mw，出光角30度，空氣的透光率按照80%/m計(jì)算。光學(xué)模擬顯示在1米的距離處（最下方接收面）的光照面積為0.65平米，平均光強(qiáng)為0.5mw/cm2。
UVC-LED光源位置及光照模擬效果
同行的研究表明，同為99.99%滅殺率情況下，普通流感病毒和MRSA病毒需要的UV劑量分別為7mJ/cm2與18mJ/cm2。若以流感病毒作為消毒標(biāo)準(zhǔn)，一臺無人機(jī)15秒可以實(shí)現(xiàn)約1立方米空間的消毒，一臺無人機(jī)續(xù)航時(shí)間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)80立方米空間的消毒。一個(gè)普通地鐵站廳按照面積10000平米、均高5米計(jì)算，需要出動600架次無人機(jī)才可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)地鐵站的全面消毒。
假設(shè)UVC-LED光源的WPE提升一倍，無人機(jī)續(xù)航時(shí)間增加一倍、同時(shí)適當(dāng)降低殺菌效果，一個(gè)地鐵站廳殺菌的無人機(jī)出動次數(shù)有望降到100架次以內(nèi)。
綜上，UVC-LED消毒無人機(jī)具備技術(shù)可行性，但是目前一個(gè)車站的殺菌空間對它來說壓力山大，或許一個(gè)病房更適合它。
03 省電不省錢的空間殺菌方式
為了保證室內(nèi)空氣質(zhì)量，地鐵站通風(fēng)設(shè)備是長年運(yùn)行的。參照下表的通風(fēng)模式，地鐵車站在停運(yùn)時(shí)段，通風(fēng)設(shè)備功耗也有6.6kW，而且隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，功耗會逐年上升。
地鐵空調(diào)通風(fēng)設(shè)備能耗
以現(xiàn)有的技術(shù)能力，用UVC-LED無人機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)地鐵站廳的殺菌共需要600架次，合計(jì)耗電5.4kWh。隨著光源效率的提升，這一數(shù)值會持續(xù)下降。
不難發(fā)現(xiàn)，UVC-LED無人機(jī)是一種更高效節(jié)能的地鐵空間殺菌方式，然而現(xiàn)階段這種省電的方式并不省錢。
隨著未來UVC-LED效率提升，電池材料的進(jìn)步，甚至再結(jié)合無線充電技術(shù)，可以大幅縮減空間消毒所需的無人機(jī)數(shù)量。另外無人機(jī)在殺菌的同時(shí)還可以兼職安防監(jiān)控、輔助人工進(jìn)行車廂及鐵路設(shè)施隱患排查等功能。那時(shí)這個(gè)概念才能產(chǎn)生真正的經(jīng)濟(jì)效益。
韓國注重公共場所的UVC-LED應(yīng)用，之前就有電梯扶手的殺菌產(chǎn)品，現(xiàn)在又有了新型消毒光源和無人機(jī)的跨界融合。無論這些概念最終能否實(shí)現(xiàn)，這種思考的方式都值得我們借鑒。
UVC-LED應(yīng)用已經(jīng)超出了LED行業(yè)，我們應(yīng)該走出原有的圈子，多和其他行業(yè)的朋友們喝喝茶。誰知道下次UVC-LED會不會集成到網(wǎng)吧電腦的機(jī)箱中，亦或是外賣送餐機(jī)器人的口袋里？
不怕做不到就怕想不到，希望大家都能挖掘出有潛力的產(chǎn)品。（作者：Boat）
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