高中生发明的电动机:可能要引发电车革命

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  17 岁的时候你在干嘛?

  做不完的习题,打不够的篮球,看不腻的 ta ?

  美国小伙子罗伯特 · 桑松( Robert Sansone )的 17 岁,手搓了个汽车电动机,直接拿到了被誉为科技界青少年世界杯的 IEFS 冠军和 75000 美元的奖金。

  他的研究还被媒体称作,“ 可能发明了一个会改变电动汽车行业的电机 ”。

  

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  大家都知道,电动车和油车不一样,电动车动力来源主要靠电动发动机。

  电动机的方案很多,但凭借着转化效率高等原因,永磁同步电机( 下称永磁机 )隐隐有着一统江湖的劲头。

  

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  可是,顾名思义永磁机必须要用永磁体。制作永磁体又必须要用稀土材料。但是稀土产量少、价格贵,而且提取过程非常破坏环境。

  更重要的是,稀土资源的命脉握在中国手里,这让西方世界很难接受。

  所以在 2011 年前后,美国能源部主导了一波去稀土化项目,就是为了带领西方世界摆脱中国稀土依赖。

  

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  这也导致了如今国外车企,大都还在交流异步电机( 也称感应电机,下称感应电机 )上挣扎,通过提高功率密度、把电动机做得更大等方法来缝缝补补。

  在了解这些情况后,桑松就在想,能不能再设计一种不需要永磁体、同样能量转化效率高的电机。

  他想到了曾经了解过的同步磁阻电机( Synchronous Reluctance Motor,下称 SynRM )。

  SynRM 并不是新事物,它的理论模型早在 1923 年就被提出来了。

  通俗地说,SynRM 就是把永磁体换成了一个钢转子,这样结构就变简单了,价钱也更便宜。

  

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  但它的问题是,功率太小,我们现在常见的 SynRM 只能放到泵或者风扇上。

  桑松需要做的,就是提高 SynRM 的性能,让它能带得动车子。

  为了达到这个目的,桑松将另一个磁场整合进 SynRM,从而产生更大的扭矩( 因为桑松准备为这项技术申请专利,所以更多的细节没有展示 )。

  由于没有足够的材料、资金来进行 1 : 1 的实验,所以桑松利用 3D 打印机制作了一个缩小模型。

  

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  在经过整整 15 次实验后,他终于得到了令自己满意的设计。

  经他改良过的 SynRM 在每分钟 300 转的情况下提升了 39% 的最大扭矩和 31% 的效率,在 750 转时,它的效率更是提高了 37%。

  不过,当他准备进一步提高数值测试时,塑料模型因为过热融化了。

  所以截止目前,该模型还没有得到工业上的验证。

  

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  即使如此,桑松的成就也足以让人惊叹,他凭借这个研究,击败了全球青少年,成功斩获了国际性青少年科学竞赛 ISEF 冠军,捧走了 50 万奖金。

  这个桑松还是个天才发明家,17 岁的他在业余时间已经完成了 60 多项发明,比如像这个可以让自己奔跑时速超过 35 Km/h 的机械跑鞋。

  

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  这种天才少年参加的 ISEF 当然相当不简单,它被誉为青少年界的诺贝尔奖。

  ISEF 全名是国际科学与工程博览会( International Science and Engineering Fair ),如今已经有 70 年历史。

  

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  从 1997 年开始,英特尔公司开始大力赞助这个赛事,使得 ISEF 的影响力不断扩大, 2020 年英特尔退出改由美国的再生元制药公司接棒。

  其他大家熟知的博通、微软、赛斯科等科技公司,也给这个奖项提供了各种帮助。

  

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  资金的涌入也带来了平台的发展,平台良性发展进一步提高了赛事的高含金量。

  许多诺奖、麦克阿瑟奖学金( 天才奖 )得主、苹果谷歌微软的工程师,年轻时都参加过这个比赛。

  如今,已经变成全球青少年的科学盛宴。像今年,来自全球 180 多个国家、地区共计近千万学生参赛,最终却只有 1800 余人入围总决赛。

  

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  除了参赛者,评委的门槛也极高。ISEF 每年会邀请上千名相关专家当评委,硬性标准也很简单粗暴:要么拥有博士学位,要么得有 6 年相关科研经验。

  而且评委里还包括了数十位诺贝尔奖获得者,这些诺奖得主还会在大赛期间与学生进行深度交流,帮助辅导他们做成更完美的研究。

  

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  这样高规格的赛事,就挖掘了许多妖孽出来,除了桑松,小辣椒翻了翻这个 ISEF 的获奖名单,好家伙,简直是神仙打架。

  今年 ISEF 的亚军是沙特阿拉伯的阿卜杜拉 · 阿尔甘迪,他改进了一种金属有机材料( NiFe-LDH )。这种材料可以从水中提取氢气并且安全储存,而且比其他的采氢、储氢材料更便宜。

  

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  今年斩获季军的是美国的瑞沙布 · 吉安,他开发了一种 AI 模型,可以帮助医药公司通过 DNA 工程快速有效地生产药物。

  吉安在 13 岁时的研究改进了胰腺癌的放射治疗、胰腺癌放射治疗、放射治疗。

  凭此他还被评为了美国杰出青年科学家。

  

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  他在 2018 年又被《 时代 》杂志评为全球 25 位最有影响力的青少年之一。

  要知道,这些小孩都还只有 18 岁啊,只能说牛*。

  同样十八岁,他们做科研、拿大奖、对话诺奖大佬,我写个他们的稿子都要薅掉几缕头发,这或许就是人和人之间的差距比人和狗的都大吧。


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