飛來飛去的無人機一直是近幾年的熱點，從最開始的航拍，到無人機照明，無人機測距，無人機拜年，各種花里胡哨。

 

　　最近，韓國的設計師又帶來了一個新概念，用于地鐵站消毒的UVC-LED無人機。

 

　　消息一出，業內的小伙伴紛紛議論：“我們的UVCLED應用還在各種盒子、飲水機里折騰的時候，別人居然已經玩上天了。”這個新的應用場景究竟是異想天開還是切實可行?

 

　　其實，這樣看似噱頭的產品亮相在行業中不是第一次。

 

　　2017年，當NIKKISO公布120LPM流量的UVC-LED水殺菌模組的時候，很多人都覺得只這是個展示研發實力的花瓶，高昂的價格可以勸退世人。

 

　　然而最新的信息表明這款產品經過不斷的優化和一年的實地實驗后，已從水產養殖水殺菌打開突破口，并且正往工廠、泳池用水殺菌領域邁進。

 

　　原因很簡單：這款產品抓住了大和民族熱愛水產品生食，水產養殖過程中必須殺菌這個剛需市場，解決了傳統汞燈水殺菌產品的痛點：水溫升高影響水的PH值從而影響水產口感、與海水礦物質發生反應在玻璃表面結垢影響使用。

 

　　與汞燈同等的性能和生命周期成本，更好的水產銷量與更低的維護成本，是其經濟效益的直觀體現。

 

　　對于眼前這個無人機，本人也將從解決痛點，技術可行性，經濟效益這三方面做一個簡單的分析。望能拋磚引玉，與大家共同思考。

 

 

　　目前地鐵車站的消毒方式是這樣的：

 

　　? 對于室內空氣，主要是采取通風和過濾來改善空氣質量。部分站廳空調系統采用了以高壓靜電為主的中效過濾設備，需要定期對空調系統進行清洗和拆洗消毒。

 

　　? 對于人體經常接觸的扶手、座椅、售票機、自動扶梯等重點位置，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、長時間的殺滅作用，并且對車廂內設施沒有腐蝕性。

 

 

目前地鐵車站的消毒方式

 

　　以上的消毒方式存在如下痛點：

 

　　? 過分依賴機械通風。風循環殺菌基于稀釋原理，加上有通風不良的死角存在，有害微生物很難在短時間內被徹底清除。

 

　　? 微生物繁殖的速度往往大于滅殺速度。病毒、細菌傳播繁殖與溫濕度密切相關，車站內環境適宜多數病原體生長，空調系統風管成為微生物繁殖的溫床。原本用于殺菌的通風系統，反而成為了傳播病菌的工具。

 

　　? 缺乏快速、安全應對惡性傳染病爆發等突發事件的能力。

 

　　地鐵站廳需要引入一種或多種消毒方式去應對上述的風險。而UVC-LED消毒無人機是一個很好的選擇：

 

　　? 引入這種更具針對性的消毒方式，在通風不暢或存在死角時也能保證消毒效果。殺菌率的提升對迅速繁殖的有害微生物可以有效抑制。

 

　　? 適合于對重點位置進行表面消毒，無毒副和氣味殘留，無需人工參與，可在地鐵停運期間實現大量重復性勞動。通過路徑規劃可以實現多臺無人機的協同操作對整個空間進行無死角的消毒

 

　　? 一個安全的突發事件應對手段。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，緊急情況下無人機可以在任意時間首當其沖進入可能存在高危病毒的空間進行觀察與消毒。為了防止病毒擴散無人機在任務完成后可以集中到指定地點等待銷毀。

 

　　韓國地鐵覆蓋率高，地鐵站密度大。之前爆發的MERS更是搞得全城消毒，風聲鶴唳。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消毒無人機一個產品同時解決三個痛點，這是其他的消毒方式無法做到的。從這點來說，這款概念的出現并非空穴來風。

 

 

　　作為殺菌模塊的搭載平臺，無人機的性能與殺菌效果息息相關。UVC-LED光源模組需要搭配相應的散熱和供電模塊，對無人機的載重和供電能力有一定的要求。本人以一款國內知名品牌的，起飛重量1400g的四旋翼航拍無人機作為改造對象，評估殺菌能力。

 

　　假設使用UVC-LED殺菌模塊替代原有的拍攝和圖傳模塊后，整機重量保持不變。但由于功耗增加，續航時間需要重新評估。該款無人機的電池容量為90Wh，續航時間為30min。也就是整機功耗約180W，除去拍攝和傳圖模塊后，無人機旋翼電機和飛控系統的功耗約140W。新增的UVC-LED殺菌模塊功耗按照100W計算，改造后的無人機總功耗為240W，在電池不變起飛重量不變的情況下，續航時間縮短為20分鐘。改造前后的對比如下表：

 

 

無人機改造前后參數對比

 

　　關于UVC-LED光源模組的安放位置，由于無人機中心是電池、飛控設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旋翼附近是比較好的方式，在分散熱源的同時，旋翼的風流也可幫助散熱。另外這樣的設計還有利于增加光照范圍和光均勻性。

 

　　該款無人機軸距為350mm，4個UVC-LED光源模組的尺寸及安裝位置如下圖黃色位置。按照4%的光電轉化效率計算，每個光源模組光功率為1000mw，出光角30度，空氣的透光率按照80%/m計算。光學模擬顯示在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準，一臺無人機15秒可以實現約1立方米空間的消毒，一臺無人機續航時間內可以實現80立方米空間的消毒。一個普通地鐵站廳按照面積10000平米、均高5米計算，需要出動600架次無人機才可以實現整個地鐵站的全面消毒。

 

　　假設UVC-LED光源的WPE提升一倍，無人機續航時間增加一倍、同時適當降低殺菌效果，一個地鐵站廳殺菌的無人機出動次數有望降到100架次以內。

 

　　綜上，UVC-LED消毒無人機具備技術可行性，但是目前一個車站的殺菌空間對它來說壓力山大，或許一個病房更適合它。

 

 

　　為了保證室內空氣質量，地鐵站通風設備是長年運行的。參照下表的通風模式，地鐵車站在停運時段，通風設備功耗也有6.6kW，而且隨著運行時間的增加，功耗會逐年上升。

 

 

地鐵空調通風設備能耗

 

　　以現有的技術能力，用UVC-LED無人機實現一個地鐵站廳的殺菌共需要600架次，合計耗電5.4kWh。隨著光源效率的提升，這一數值會持續下降。

 

　　不難發現，UVC-LED無人機是一種更高效節能的地鐵空間殺菌方式，然而現階段這種省電的方式并不省錢。

 

　　隨著未來UVC-LED效率提升，電池材料的進步，甚至再結合無線充電技術，可以大幅縮減空間消毒所需的無人機數量。另外無人機在殺菌的同時還可以兼職安防監控、輔助人工進行車廂及鐵路設施隱患排查等功能。那時這個概念才能產生真正的經濟效益。

 

　　韓國注重公共場所的UVC-LED應用，之前就有電梯扶手的殺菌產品，現在又有了新型消毒光源和無人機的跨界融合。無論這些概念最終能否實現，這種思考的方式都值得我們借鑒。

 

　　UVC-LED應用已經超出了LED行業，我們應該走出原有的圈子，多和其他行業的朋友們喝喝茶。誰知道下次UVC-LED會不會集成到網吧電腦的機箱中，亦或是外賣送餐機器人的口袋里?

 

　　不怕做不到就怕想不到，希望大家都能挖掘出有潛力的產品。