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FireDrone könnte vorausgeschickt werden, um eingeschlossene Personen zu finden, Lagen und unerwartete Gefahren zu bewerten, damit sich die Einsatzkräfte entsprechend vorbereiten und mehr Leben retten können
Ein Gebäude brennt, Flammen schlagen aus den Fenstern. Als die Feuerwehrleute am Einsatzort eintreffen, weiß niemand, wer sich noch im Inneren befindet, wie das Gebäude angeordnet ist und welche Bereiche noch sicher sind. Ein blinder Einsatz gefährdet das Leben von Feuerwehrleuten. Bei den extremen Temperaturen im Inneren des Gebäudes kann jedoch weder ein Roboter noch eine Drohne zur Fernerfassung von Informationen funktionieren.
Betreten Sie FireDrone, eine neue Drohne, die von der Natur inspiriert ist und extrem heißen und kalten Temperaturen standhält beschrieben in eine aktuelle Studie veröffentlicht in Fortschrittliche intelligente Systeme.
„Bis sie die Gefahrenzone betreten, können Feuerwehrleute nicht sicher sein, was oder wen sie finden und auf welche Herausforderungen sie stoßen werden“, sagte der Hauptforscher der Studie, Mirko Kovac, Professor für Luftrobotik am Imperial College London Empa. „FireDrone könnte vorab geschickt werden, um wichtige Informationen zu sammeln – eingeschlossene Personen, Gebäudeanordnungen, unerwartete Gefahren zu notieren – damit sich die Einsatzkräfte entsprechend vorbereiten können, um sich selbst zu schützen und möglicherweise mehr Leben zu retten.“
Von der Natur inspiriert
Wenn Sie Ihr Telefon jemals in der Sonne gelassen haben und die Warnung erhalten haben: „Ihr Telefon muss abkühlen, bevor Sie es verwenden können“, wissen Sie, dass die meisten elektronischen Geräte nur in einem relativ kleinen Temperaturbereich funktionieren.
Dies gilt auch für Roboter, deren Batterien und Schaltkreise sich über und unter normalen Temperaturen verziehen oder versagen, was den Einsatz von Drohnen einschränkt. Bei Flugmaschinen kommt noch das Gewicht hinzu – hitzebeständige Metalle können beispielsweise das Gewicht einer Drohne erheblich erhöhen.
Das Team ließ sich von der Natur inspirieren, um ein Mittel zur Aufrechterhaltung einer funktionierenden Innentemperatur unter extremen Bedingungen zu entwickeln. „Der Einsatz von Robotern in extremen Umgebungen bietet große Vorteile bei der Reduzierung von Risiken für Menschenleben, und auf wen könnte man besser achten als auf Tiere, die ihre eigenen Methoden zur Anpassung an diese Extreme entwickelt haben und sich dabei von der Art und Weise inspirieren lassen, wie Tiere bei Hitze kühl bleiben“, sagte Kovac.
Das Team kombinierte drei Ansätze zur Temperaturregulierung. Erstens reflektiert die dünne Aluminiumbeschichtung der Drohne Wärme – eine Umkehrung der Art und Weise, wie die dunklen Federn von Pinguinen Wärme absorbieren, erklärt das Papier. Zweitens Kanister mit flüssigem CO2 wandeln sich in Gas um und imitieren so die kühlende Wirkung der Schweißverdunstung auf unseren Körper. Und schließlich schützt eine innovative Schicht aus Aerogelkacheln das empfindliche Innere des Flugroboters, so wie der Speichelkäfer eine Schaumstoffschicht bildet, um sich vor den Elementen zu isolieren.
Aerogele sind leichte Materialien mit hervorragenden Wärmedämmeigenschaften. Sie bestehen aus einer Struktur aus Nanofasern mit geringer Dichte, die unzählige Lufttaschen bildet, die die Wärme schlecht übertragen und die empfindlichen Komponenten vor Hitze (oder Kälte) von außen schützen. Durch die Glasfaserverstärkung entsteht die ideale, starke und leichte Isolierung für ein Fluggerät, das extremen Bedingungen standhält.
Pilotenflug
Mit der Aluminiumbeschichtung, dem isolierenden Aerogel und dem integrierten Kühlsystem war die Drohne bereit für Tests unter sehr unangenehmen Bedingungen. Sie ließen die Drohne in temperaturkontrollierten Kammern fliegen, bevor sie sie in einer Feuerwehrübungsanlage offenen Flammen aussetzten. Dabei zeigten sie, dass sie zehn Minuten lang Temperaturen von bis zu 200 °C standhalten konnte.
Kalte Temperaturen können für die Elektronik ebenso belastend sein wie heiße Temperaturen. Deshalb begab sich das Team in einen Gletschertunnel in der Schweiz, um die Leistung in einer eisigen Umgebung zu testen. Die Isolierung verhinderte, dass extreme Kälte in die Komponenten eindrang, während die von den surrenden Motoren und der Elektronik erzeugte Hitze die Batterien innerhalb ihres Betriebsbereichs hielt.
Die Tests bestätigten das Potenzial von FireDrone, gefährliche Hitze- und Kältesituationen zu erkunden und darüber zu informieren, aber bisher handelt es sich nur um einen Prototyp. Bevor sie in brennende Gebäude hineinzoomen, eiskalte Gletscherspalten nach verletzten Eiskletterern durchsuchen oder Extremregionen für Wissenschaftler untersuchen kann, hofft das Team, ihre Vielseitigkeit zu verbessern und die Drohne mit zusätzlichen Sensoren auszustatten, damit sie noch mehr wichtige Informationen zurückgeben kann.
Doch da der Einsatz von Drohnen bei Waldbränden, städtischen Notfällen und arktischen Abenteuersituationen derzeit durch das relativ enge Temperaturfenster, in dem sie eingesetzt werden können, eingeschränkt ist, könnte dies laut Kovac der erste Schritt in eine neue Generation von Fluggeräten sein.
„Der Einsatz von Drohnen wird oft durch Umweltfaktoren wie die Temperatur begrenzt. Wir zeigen einen Weg auf, dieses Problem zu überwinden, und sind davon überzeugt, dass unsere Ergebnisse dazu beitragen werden, die zukünftige Leistungsfähigkeit von Drohnen für extreme Umgebungen freizusetzen“, sagte er.
Referenz: David Häusermann, Mirko Kovač, et al., FireDrone: Thermisch agnostischer Flugroboter für mehrere Umgebungen, Fortgeschrittene Intelligente Systeme (2023). DOI: 10.1002/aisy.202300101
Feature-Bilder: EMPA
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