27/06/2023
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van ICL en Empa hebben een drone gebouwd die voldoende hoge temperaturen kan weerstaan om brandende gebouwen binnen te gaan.
Het prototype van de drone, FireDrone genaamd, kan naar brandende gebouwen of bossen worden gestuurd om gevaren te beoordelen en cruciale gegevens uit de eerste hand uit gevarenzones te verstrekken. De gegevens worden vervolgens naar de hulpverleners gestuurd om hen over noodgevallen te informeren.
Bestand tot 200°C
De drone is ontwikkeld door onderzoekers van het Imperial College London en Empa in Dübendorf, onderdeel van de Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ). De drone is gemaakt van een nieuw thermisch aerogel-isolatiemateriaal en bevat een ingebouwd koelsysteem om gedurende tien minuten temperaturen tot 200°C te weerstaan. De onderzoekers denken dat de FireDrone, die zich momenteel in de prototypefase bevindt, uiteindelijk kan worden gebruikt om branden voor mensen uit te zoeken en extra gevaren om de brandbestrijding te versterken.
Totdat ze de gevarenzone betreden, kunnen brandweerlieden niet zeker weten wat of wie ze zullen vinden en welke uitdagingen ze tegenkomen. De FireDrone kan vooruit worden gestuurd om cruciale informatie te verzamelen en nota nemen van vastzittende mensen, lay-out van gebouwen, onverwachte gevaren. Hulpverleners kunnen zich op basis hiervan voorbereiden om zichzelf veilig te houden en mogelijk meer levens te redden.
Op dieren geïnspireerd
Drones worden al van veraf gebruikt bij brandbestrijding om luchtfoto's te maken, brandslangen omhoog te hijsen in wolkenkrabbers. Ook worden ze gebruikt om brandvertragers in afgelegen gebieden te laten vallen om de verspreiding van bosbranden te vertragen. De huidige drones die zijn ontwikkeld voor brandbestrijding kunnen echter niet veel dichterbij vliegen, anders smelten hun frames en valt hun elektronica uit.
Op basis van interviews met brandweerlieden wisten de onderzoekers dat drones die veel dichterbij kunnen komen, kunnen helpen om eerstehulpverleners voor te bereiden op het betreden van brandende gebouwen of bossen. Drones die zijn uitgerust met camera's en kooldioxide (CO2)-sensoren kunnen bijvoorbeeld cruciale informatie geven over de opzet en samenstelling van branden.
De onderzoekers keken voor inspiratie naar dieren die in extreme temperaturen leven, zoals de pinguïn, poolvos en spuugwants. Al deze dieren hebben geschikte vetlagen of vachten of produceren hun eigen lagen thermoregulerend materiaal waardoor ze kunnen gedijen in extreme omstandigheden.
Opbouw
Om de drone te bouwen, creëerden ze een beschermende structurele schaal van lichtgewicht, thermisch superisolerende materialen zoals polyimide aerogel en glasvezels. Ze bedekten dit met superreflecterend aluminium om warmte te weerkaatsen. De superisolatie voorkomt dat de materialen krimpen en poriestructuren degraderen na blootstelling aan hoge temperaturen.
Binnen dit beschermende exoskelet plaatsten de onderzoekers de temperatuurgevoelige componenten, zoals gewone en infraroodcamera's, CO2-sensoren, videozenders, vluchtcontrollers, batterijen en radio-ontvangers. Ze gebruikten ook het vrijkomen en verdampen van gas uit de CO2-sensoren om een koelsysteem te bouwen om de temperatuur laag te houden.
Ze testten de drone in temperatuur-gecontroleerde kamers en vlogen hem dicht bij de vlammen in een trainingscentrum voor brandweerlieden. Ze hopen dat hun verdere werk om de drone te miniaturiseren en meer sensoren toe te voegen, kan leiden tot de inzet ervan in echte brandbestrijdingsmissies en kan helpen levens te redden.
Het vervolg
De FireDrone kan ook worden gebruikt in extreem koude omgevingen, in poolgebieden en in gletsjers. Het team heeft de robot ook getest in een gletsjertunnel in Zwitserland om te bestuderen hoe het systeem zich gedraagt bij lage temperaturen.
Hoewel de FireDrone zich in de prototypefase bevindt, zeggen de onderzoekers dat het een stap voorwaarts is voor de ontwikkeling van andere drones die bestand zijn tegen extreme temperaturen. Het team valideert de technologie nu met belangrijke industriële belanghebbenden en partners.
De toepassing van drones wordt vaak beperkt door omgevingsfactoren zoals temperatuur. De onderzoekers demonstreren een manier om dit te ondervangen. Ze zijn er van overtuigd dat hun bevindingen zullen helpen om de toekomstige kracht van drones voor extreme omgevingen te ontketenen. Het inzetten van robots in extreme omgevingen vermindert risico's voor mensenlevens.
Foto: Empa