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清华“创客”研制空气质量监测仪 获得15万元天使投资

空气盒子:把监测站带在身边

来源:北京晚报 2013-11-12 张航

  进入秋冬季节,雾霾时常笼罩京城上空。伴随雾霾的往往是浓度居高不下的污染物PM2.5。在北京1.6万平方公里的大地上,分布着35个官方空气质量监测点。可是,如果您自己手上就有一个小匣子,能够随时反映身边的空气质量,指导自己的户外活动,是不是更方便?

  作为校内的“创客”,清华大学美术学院研究生李寅和同学就设计出了一个“空气盒子”,能够随时监测身边的空气质量,并在盒子和自己的手机APP软件上即时显示。近日,这个“空气盒子”在北京国际设计周的主展上正式亮相,李寅团队获得了15万元的天使投资,首批量产品也将在近期出厂。

实验缘起:直面北京空气污染

  “创客”是近年来日渐流行的一个词,源于英文“Maker”,是指努力把各种创意转变为现实的人。许多具有高度社会价值或是巨大经济价值的产品,如低价的3D打印机,都出自创客之手。李寅和他的同学就是清华校内的一群“创客”。这些来自工业设计、电子工程、软件工程等不同专业的学生凑在一起,总能迸发出一些创意的“火花”。

  李寅说,“空气盒子”的创意来源于今年5月份的一次项目“头脑风暴”。刚刚读研究生一年级的他遇到了一群志趣相投的同学,他们一起参加了一个创客活动。围坐在一起讨论做什么项目时,李寅想到了北京的雾霾,“空气污染谁都无法避免,但全北京只有35个PM2.5监测点,从服务市民的角度来说我认为密度无法满足市民需要。一个家用的空气质量监测盒子,对于个人生活出行会更有针对性。”

  李寅说,当时自己就是这样一个想法:做“创客”,就从直面北京空气质量开始吧。

实验之路:跨界合作攻克难关

  和伙伴们确定了创意之后,他们很快启动了设计和实验。不做不知道,尝试了才发现难度不小,“我们完全没有硬件产品的开发经验。”李寅说,他是学设计的,从美学的角度出发就把“空气盒子”设计成立柱结构。但是跟电子系的同学一交流后发现实现难度太大:立柱形结构意味着里面的电路集成板得做成一块块立体叠加,传感器、电路运行不稳定风险和制造成本都会明显增加。

  除了外形,选择什么样的材料也是这些“创客”面临的一大难题,既要保持高强度,还要轻便,更重要的是该种材料做成的盒子必须能镂出许多通风口以保证足够的空气进入盒内,这样才利于监测。此外,粒径小于等于2.5微米的细颗粒物,如何能被传感器准确捕捉到,也是横亘在李寅他们面前的一大难题。

  尽管团队成员有工业设计、电子工程、软件工程等不同的专业背景,李寅团队还是深感知识远远不够用,他们四处请教其他专业的同学,“用什么样的传感器更合适,我们就请教了学校环境学院的同学,他们给我们提供了很好的建议。”李寅说,最终他们确定测量空气质量的方式为,基于光线在气溶胶中产生散射的原理,使用激光对气体进行照射,进而根据散射光线强度计算空气中微粒数量,“虽然精度无法和国家空气质量监测机构使用的微震荡天平法相比,但已经足够满足市民日常使用需要了。

  整个暑假,李寅和同伴们就泡在了实验室里。在清华大学美术学院教学楼五层的一间实验室,架着双显示器的电脑桌后是一个约2米长的沙发。李寅说,有时做实验、讨论方案太晚了,就直接在沙发上“凑合”一晚,第二天醒来继续实验。暑假结束,第一代原型机终于诞生。

实验效果:APP显示空气质量

  在李寅的实验室里,记者见到了“空气盒子”的样品模型。白色的盒子,如普通家用路由器一般大小,可以轻松放置在窗台或者汽车的驾驶台上。盒子顶部面板上是一排指示灯,底座则密集分布着一个个直径约2毫米的小孔,“空气就是从那些小孔中进入,然后被传感器捕获,经过微芯片运算出当前的空气质量,然后通过那一排指示灯来显示。”

  李寅说,根据最新发布的《环境空气质量标准》,空气质量指数AQI分为六级,用六种颜色表示。因此“空气盒子”上的指示灯也是按照AQI的区间范围给出,用绿、黄、橙、红、紫、褐分别代表空气质量优、良、轻度污染、中度污染、重度污染和严重污染。

  看空气质量,不仅可以通过“盒子”上的指示灯,还可以通过自己的手机。李寅说他们给“空气盒子”装了蓝牙传输装置,空气质量数据在手机上安装的APP软件上就能看到,“机器本身可以存储一年左右的数据,我们还通过无线网络建立了云存储,数据可存储20年左右,只要上网就能看到。”李寅说,20年后再回头看现在的数据,应该就能看到北京空气质量的巨大改善了。

未来计划:二代产品小巧便宜

  李寅告诉记者,首批500个“空气盒子”本周就会完成生产出厂。它们运到北京后将被分发到包括大学生、环保热心人士和公益组织那里试用,以便团队获得最真实的用户体验反馈。之后它们还会对产品进行进一步改进,“事实上,我们已经启动了第二代产品的研发,造型上会更强调小型化与便携性,体积应该会缩小一半。”

  开发“空气盒子”,李寅团队获得了15万元的天使投资。李寅说,未来“空气盒子”肯定是要走向市场的,但价格不会太贵,“第一代产品成本就被控制在300元以内,以后还会更便宜,普通家庭完全能够承受。”他坦言,“空气盒子”的监测精度一定不是最高的,但足以给用户一个对空气质量的直观了解,“看到灯变红、变褐色了,您选择减少户外停留,选择戴口罩,选择绿色出行,这就足够了。”

  最近清华大学启动驻校“创客”项目,每学期都有两名来自国际国内的顶级“创客”进驻学校,以指导员或共同创作者的身份参与创意产品项目,学校包括基础工业训练中心在内的设施也将向李寅这样的“创客”开放。“新闻专业的同学加入渠道宣传,法学院同学来做知识产权保护,立体化大学生实验室的‘春天’要到了。”李寅说。

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2013-11-13 14:04:37]
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