2017年8月23日訊， 用空氣洗手？聽起來是不是有點兒像天方夜譚？還真不是。 由清華大學、浙江大學等高校學生組成的創業團隊在博士生李啟章的帶領下， 就將這個看似不可能的夢想變為現實啦！他們也憑藉此專案， 拿下了2017年北京地區高校大學生優秀創業團隊一等獎。
獲第44屆日內瓦國際發明展最高金獎
水龍頭設計圖
整體設計圖
突發奇想為節水用空氣洗手
說起來， “空氣洗手”的創意來得還真是有些“機緣巧合”。
大三時， 李啟章報名參加了“大學生節能減排科技競賽”。 當年10月， 正是隊員們為項目選題集思廣益的時候， 有一天這群年輕人在食堂吃飯時， 看到身邊有同學在用水洗手， “用水洗手多浪費啊， 為什麼不用空氣來洗手呢？”有人開起了腦洞。
其實， 在此之前， 團隊成員們對於參賽選題已經有了一定的想法：比如， 有人提出做一個水上自動巡航機器人， 機器人可以通過檢測河道污染物的濃度及濃度梯度， 定位污染源後並自動巡航尋找污染源；也有人提出打造一款藻類回收機， 通過章魚般的觸角設計， 實現對湖面藻類污染物的快速收集和處理；還有人提出設計一款波浪能的海水淡化裝置， 為遠洋船舶提供海水淡化。
經過對每個專案的綜合評估之後， 大家還是“忍痛割愛”選擇了“空氣洗手”。 “這主要是基於創新性和生活貼合度的考慮， ”李啟章告訴記者， 與其他專案相比， “空氣洗手”的效果更加明顯和直觀， 尤其最開始版本的空氣洗手裝置採用重力驅動， 當使用者站上洗手裝置前約22釐米高的踏板上時， 踏板由於人體重力而下沉， 通過滑輪組牽引活塞擠壓空氣獲得高速氣流， 令水龍頭噴出霧狀水滴， “不需要額外的能耗， 更符合比賽節能減排的精神。 ”另外， 在隊員們看來， “空氣洗手”項目更貼近大家的日常生活， 更有利於公眾快速地理解和認知。
花費兩年做了幾千次實驗
隊員們通過研究發現， 洗手過程中， 僅有5%的水用於溶解手上的污漬， 95%的水都用於沖走污漬。 那麼， 能否用空氣流體替代這些用於沖洗的水呢？對於隊員們來說， 整個專案需要解決兩大核心問題：一是氣從哪裡來？二是氣和水該怎麼混合？相對應的， 他們就要設計出合理的重力驅動架構以及霧化結構。 只有這兩個問題解決了， 整個裝置才能實現良好的霧化效果， 從而達到清洗和節水的目的。
首先要解決一個疑問， 氣水混合的方式是否真的能實現清洗呢？團隊成員們設計了自己的驗證方案， 便一頭紮進了實驗室裡。 “除了上課、吃飯、睡覺， 其餘所有的時間都在做項目研發， 一整年的時間都待在了實驗室裡。 ”李啟章回憶說，所有的實驗都得他們本人上陣，“大家都是輪流洗手”。大冬天裡，受到實驗場所的限制，每個人得自帶熱水，然而水量敵不過一次次反復的“折騰”，最後只能冷水上陣。一個多月的實驗期，通過檢測不同工況下不同污漬的清洗效果，團隊驗證了這個方向的可行性。
洗是能洗乾淨，但是離他們的理想狀態還有不少差距。比如，清洗體驗就有待完善，不是氣壓太大給手部帶來疼痛感，就是霧化效果不佳，讓人有水滴直接打在手上的感覺。這些直觀顯示出來的問題需要對裝置進行進一步的優化，而關鍵就在於霧化結構的調整。
一開始，團隊針對專案所需要的特定使用場景，試圖從市面上選取可行的霧化技術，不過後來發現，因為裝置是在低壓的工況下運行，所以對市面上的霧化結構需要進行重新設計和優化。
對於空氣洗手裝置而言，整個裝置核心的霧化模組有三個零件，不同零件又有不同的參數。“霧化效果不好，我們就需要對這個結構進行分析，是哪個參數出了問題，還是氣水混合得不夠充分。”而要做這樣的定位，可能意味著幾百、甚至上千種組合方案的逐一測試。其中的一大困擾就是漫長的工期，一般零件的加工週期就要兩個星期，這樣一來，產品的優化需要大量的時間成本，“大概也就只有學生團隊才有這麼奢侈的資本，要不然漫長的實驗過程很容易讓人看不到盡頭。”最終，實驗團隊花了近兩年的時間、做了幾千次實驗，完成了霧化效果的優化——高速氣流代替水發揮清洗過程的機械作用帶走污漬，細密的水霧發揮溶解作用，兩者協同完成高效清洗，實現90%的平均節水率。
為什麼團隊成員在霧化效果上會這麼執著呢？原來，裝置的清洗效果與霧化效果直接相關，水霧的細密程度、霧狀的張角、水滴的粒徑等直接決定了清洗的覆蓋面積，從而影響到清洗效果。最終的顯色實驗和細菌實驗也證實，有著良好霧化效果的“空氣洗手”裝置清潔效果明顯優於普通水流洗手。
已進入市場開始試點安裝
近日，“空氣洗手”裝置亮相富士康廠區，這已經是團隊升級後的第二代產品了。與重力驅動不同的是，新版本的裝置採用了電力驅動，直接通過電機將空氣進行壓縮。
原來，團隊成員前期進行了充分的市場調研和實地採訪，大家普遍反映，洗手之前先站上一個平臺來輔助出水出霧，感覺比較麻煩，“從國內的市場來看，要求大家改變洗手習慣比較困難。”另外，隨著技術的改進，實驗團隊已經實現了低壓狀況下良好霧化效果的呈現；也就是說，即使使用電力，整個裝置也不會增加太多能耗，反而還能讓公眾使用起來感覺更加方便。
在團隊成員看來，這項享有多項智慧財產權的技術未來有著廣闊的應用前景。單單就節水來說，目前市場上的節水龍頭一般分為感應龍頭、延時龍頭、充氣式龍頭等，其節水原理均為減少單位面積出水量，但容易導致洗手效果不佳、節水效果一般，難以在根本上解決水資源浪費的問題。“我們的設計採用了流體替代清洗的理念和方式，節水效果遠遠比之前的節水技術要好得多；而且經過理論計算和方案設計以及後期的實驗驗證，清洗的效果也比傳統水壓霧化有優勢。”這群年輕人自信地表示。
今年6月1日，以“空氣洗手”技術為支撐的北京沐羽科技公司成立。“空氣洗手”產品目前已在北京市正式開始了試點安裝，大學生創業者們希望，未來能將這一技術拓展於淋浴、洗車、工業清洗等多個領域，實現節水領域的全面突破。
”李啟章回憶說，所有的實驗都得他們本人上陣，“大家都是輪流洗手”。大冬天裡，受到實驗場所的限制，每個人得自帶熱水，然而水量敵不過一次次反復的“折騰”，最後只能冷水上陣。一個多月的實驗期，通過檢測不同工況下不同污漬的清洗效果，團隊驗證了這個方向的可行性。洗是能洗乾淨，但是離他們的理想狀態還有不少差距。比如，清洗體驗就有待完善，不是氣壓太大給手部帶來疼痛感，就是霧化效果不佳，讓人有水滴直接打在手上的感覺。這些直觀顯示出來的問題需要對裝置進行進一步的優化，而關鍵就在於霧化結構的調整。
一開始，團隊針對專案所需要的特定使用場景，試圖從市面上選取可行的霧化技術，不過後來發現，因為裝置是在低壓的工況下運行，所以對市面上的霧化結構需要進行重新設計和優化。
對於空氣洗手裝置而言，整個裝置核心的霧化模組有三個零件，不同零件又有不同的參數。“霧化效果不好，我們就需要對這個結構進行分析，是哪個參數出了問題，還是氣水混合得不夠充分。”而要做這樣的定位，可能意味著幾百、甚至上千種組合方案的逐一測試。其中的一大困擾就是漫長的工期，一般零件的加工週期就要兩個星期，這樣一來，產品的優化需要大量的時間成本，“大概也就只有學生團隊才有這麼奢侈的資本，要不然漫長的實驗過程很容易讓人看不到盡頭。”最終，實驗團隊花了近兩年的時間、做了幾千次實驗，完成了霧化效果的優化——高速氣流代替水發揮清洗過程的機械作用帶走污漬，細密的水霧發揮溶解作用，兩者協同完成高效清洗，實現90%的平均節水率。
為什麼團隊成員在霧化效果上會這麼執著呢？原來，裝置的清洗效果與霧化效果直接相關，水霧的細密程度、霧狀的張角、水滴的粒徑等直接決定了清洗的覆蓋面積，從而影響到清洗效果。最終的顯色實驗和細菌實驗也證實，有著良好霧化效果的“空氣洗手”裝置清潔效果明顯優於普通水流洗手。
已進入市場開始試點安裝
近日，“空氣洗手”裝置亮相富士康廠區，這已經是團隊升級後的第二代產品了。與重力驅動不同的是，新版本的裝置採用了電力驅動，直接通過電機將空氣進行壓縮。
原來，團隊成員前期進行了充分的市場調研和實地採訪，大家普遍反映，洗手之前先站上一個平臺來輔助出水出霧，感覺比較麻煩，“從國內的市場來看，要求大家改變洗手習慣比較困難。”另外，隨著技術的改進，實驗團隊已經實現了低壓狀況下良好霧化效果的呈現；也就是說，即使使用電力，整個裝置也不會增加太多能耗，反而還能讓公眾使用起來感覺更加方便。
在團隊成員看來，這項享有多項智慧財產權的技術未來有著廣闊的應用前景。單單就節水來說，目前市場上的節水龍頭一般分為感應龍頭、延時龍頭、充氣式龍頭等，其節水原理均為減少單位面積出水量，但容易導致洗手效果不佳、節水效果一般，難以在根本上解決水資源浪費的問題。“我們的設計採用了流體替代清洗的理念和方式，節水效果遠遠比之前的節水技術要好得多；而且經過理論計算和方案設計以及後期的實驗驗證，清洗的效果也比傳統水壓霧化有優勢。”這群年輕人自信地表示。
今年6月1日，以“空氣洗手”技術為支撐的北京沐羽科技公司成立。“空氣洗手”產品目前已在北京市正式開始了試點安裝，大學生創業者們希望，未來能將這一技術拓展於淋浴、洗車、工業清洗等多個領域，實現節水領域的全面突破。