THEINSTITUTE  2013年 博士候選人金姆·l·索倫森和他的顧問、IEEE高級(jí)會(huì)員托爾·阿恩·約翰森與美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)代表討論了軍方面臨的一個(gè)相對(duì)新的挑戰(zhàn):在無人機(jī)和其他無人駕駛飛行器上結(jié)冰。無人駕駛飛機(jī)沒有配備防止積冰的保護(hù)裝置。

    索倫森（Sorensen）負(fù)責(zé)尋找解決方案，他確定使用電熱技術(shù)和算法來自主檢測(cè)和消除無人機(jī)在飛行中的結(jié)冰是最好的方法。這成為他的博士學(xué)位項(xiàng)目的重點(diǎn)。

  當(dāng)時(shí)，他正在位于特隆赫姆的挪威科技大學(xué)(Norwegian University of Science and Technology)自主海洋操作與系統(tǒng)中心(Center for Autonomous Marine Operations and Systems)攻讀博士學(xué)位。

    約翰森，現(xiàn)在是該中心的首席研究員，是無人機(jī)實(shí)驗(yàn)室的主任，也是一位受人尊敬的教授。

    索倫森說，從那次會(huì)議上，人們對(duì)他的工作產(chǎn)生了興趣。2014年，他作為訪問研究員前往NASA的Ames研究中心，繼續(xù)他的工作。索倫森在該中心的科學(xué)家的幫助下在那里建立了他的系統(tǒng)的第一個(gè)原型。該原型機(jī)于2015年在從安克雷奇美國(guó)空軍基地聯(lián)合基地埃爾曼多夫-理查森（Elmendorf-Richardson）飛出的無人機(jī)上進(jìn)行了測(cè)試。

    從那時(shí)起，索倫森說，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在風(fēng)洞和無人機(jī)飛行中進(jìn)行了定期測(cè)試。

    2017年，約翰遜，索倫森，索倫森博士同學(xué)KasperT.Borup和大學(xué)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓辦公室在特隆赫姆成立了UBIQ航空航天公司，以將該技術(shù)商業(yè)化，現(xiàn)在將其稱為D•ICE。

    Borup在大學(xué)里專門研究自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)，他的研究興趣包括非線性控制系統(tǒng)及其在無人機(jī)上的應(yīng)用。

    Sorensen是該創(chuàng)業(yè)公司的首席執(zhí)行官，Borup是其首席技術(shù)官，Johansen是技術(shù)顧問，也是UBIQ董事會(huì)成員。

    該公司上個(gè)月向第一位客戶交付了用于機(jī)翼的電熱板。

    危險(xiǎn)情況

    索倫森說，飛機(jī)的機(jī)翼、穩(wěn)定器、螺旋槳和傳感器的前緣往往會(huì)積冰。

    結(jié)冰“被認(rèn)為是有人駕駛飛機(jī)最危險(xiǎn)的天氣現(xiàn)象之一，”索倫森說。機(jī)翼上的冰凍水會(huì)增加其重量，從而降低升力并可能導(dǎo)致飛機(jī)失速。螺旋槳上的冰會(huì)增加阻力并減小推力。傳感器可能會(huì)鎖定，從而干擾自動(dòng)駕駛儀測(cè)量速度和高度的能力。

    飛機(jī)使用各種方法除冰。充氣除冰帶可以固定在機(jī)翼和穩(wěn)定器上。當(dāng)充氣除冰帶上積冰時(shí)，可以將它們充氣使其破裂。螺旋槳，傳感器和其他組件上使用的是連續(xù)或間斷的電熱。

    對(duì)于無人機(jī)，就像大型飛機(jī)一樣，機(jī)翼、螺旋槳和機(jī)尾飛行過程中積聚的冰會(huì)使其飛行危險(xiǎn)，甚至導(dǎo)致墜毀。

    新興研究領(lǐng)域

    Sorensen說，在無人機(jī)上結(jié)冰是一個(gè)相對(duì)較新的研究領(lǐng)域，具有“未知參數(shù)”。他為博士學(xué)位研究了幾種解決方案。設(shè)計(jì)并最終確定了自主的電熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)比機(jī)械和化學(xué)除冰系統(tǒng)更輕。

    Sorensen說，電熱板可以在制造過程中嵌入到無人機(jī)的機(jī)翼中，也可以附著在現(xiàn)有機(jī)翼上。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到無人機(jī)的預(yù)期空氣動(dòng)力學(xué)偏離時(shí)，將激活面板，這表明機(jī)翼上正在結(jié)冰。

    D•ICE使用兩種算法進(jìn)行結(jié)冰檢測(cè)。一種是基于加熱區(qū)的熱響應(yīng)；另一種是基于加熱區(qū)的熱響應(yīng)。另一種涉及空氣動(dòng)力學(xué)方法，其中系統(tǒng)估算相關(guān)參數(shù)，例如升力和阻力，并推斷其是否由于結(jié)冰而退化。

    該公司為此技術(shù)申請(qǐng)了美國(guó)專利。

    D•ICE的早期版本在IEEEXplore數(shù)字庫(kù)中發(fā)表的一篇論文中進(jìn)行了描述。

    更多功能

    Sorensen說，公司首先要專注于機(jī)翼的前沿。但是該小組的目標(biāo)是在其他無人機(jī)零件上使用其技術(shù)。

    該小組還正在編寫檢測(cè)和控制算法，以允許系統(tǒng)分配適當(dāng)量的能量，Borup說。

    UBIQ還正在研究一種裝置，以控制提供給熱敏面板的能量。Borup說：“這使我們能夠以靈巧的方式除冰，這樣我們就不會(huì)以驚人的速度消耗能量。”“由于飛行時(shí)間短，我們需要對(duì)無人駕駛飛機(jī)上的能源使用方式非常明智。”

    研究衍生

    由于D•ICE的想法是由大學(xué)進(jìn)行的研究產(chǎn)生的，因此創(chuàng)始人經(jīng)歷了技術(shù)轉(zhuǎn)讓過程，這使大學(xué)擁有了公司的部分所有權(quán)以及銷售的特許權(quán)使用費(fèi)。

    UBIQ已從包括挪威研究委員會(huì)在內(nèi)的許多來源獲得資助。Borup預(yù)計(jì)UBIQ將為2022年的A輪種子融資做好準(zhǔn)備。

    “我們堅(jiān)信UBIQ將取得巨大成功，”Sorenson說。“一旦客戶報(bào)告說D•ICE解決方案正在解決他們的結(jié)冰問題并為他們提供可操作的可預(yù)測(cè)性，籌款活動(dòng)就會(huì)變得更加容易。”