Drone resistente al calore per la lotta agli incendi

Dove gli altri finiscono, loro devono entrare: i vigili del fuoco si mettono in situazioni pericolose durante le operazioni di salvataggio, a volte in mezzo a un mare di fiamme. L'anno scorso, i vigili del fuoco svizzeri sono stati chiamati per più di 12.000 missioni antincendio. Poiché le temperature in un edificio in fiamme possono raggiungere livelli letali di circa 1000 gradi Celsius, è importante evitare ogni rischio inutile. I robot volanti potrebbero supportare tali missioni: I ricercatori dell'Empa e dell'"Imperial College di Londra" stanno attualmente sviluppando un drone resistente al calore in grado di fornire i primi dati dalla zona di pericolo. Sulla base di queste informazioni, gli uomini e le donne della squadra di intervento possono ottimizzare la loro strategia prima di avventurarsi nell'inferno. "Prima di entrare direttamente nella zona di pericolo, i vigili del fuoco naturalmente non sanno cosa li aspetta esattamente e quali difficoltà incontreranno", spiega Mirko Kovac, responsabile del Sustainability Robotics Laboratory dell'Empa e dell'Aerial Robotics Lab dell'Imperial College di Londra. In questo caso, ad esempio, i droni dotati di telecamere e sensori di CO2 (anidride carbonica) potrebbero fornire informazioni importanti sulla distribuzione delle fonti di incendio, sui pericoli imprevisti o sulle persone intrappolate.

Troppo caldo per i normali droni

I droni vengono già utilizzati per combattere gli incendi, per scattare fotografie aeree, per sollevare le manichette antincendio sui grattacieli o per sganciare agenti estinguenti in aree remote, ad esempio per contenere la diffusione degli incendi boschivi - ma solo a una distanza di sicurezza dalla fonte dell'incendio. "Per volare più vicino, il calore estremo generato da un incendio è troppo grande per i droni convenzionali", spiega David Häusermann del laboratorio "Sustainability Robotics" dell'Empa. In prossimità dell'incendio, il telaio si scioglie e l'elettronica cede. "Con i droni disponibili in commercio non è possibile realizzare foto più che aeree del luogo dell'incendio da una distanza di sicurezza", afferma Häusermann. L'obiettivo del ricercatore di robotica era quindi quello di sviluppare un drone in grado di resistere al calore e di fornire dati in modo rapido e preciso dal centro del punto caldo.

Ultraleggero e resistente

Häusermann ha lavorato con i vigili del fuoco per determinare i requisiti di un drone in caso di incendio e si è messo alla ricerca di un materiale che potesse proteggere il cuore del drone - i motori, le batterie, i sensori e l'elettronica. Con i colleghi del Building Energy Materials and Components Laboratory dell'Empa ha trovato quello che cercava: i ricercatori, guidati da Shanyu Zhao e Wim Malfait, sono riusciti a sintetizzare un materiale isolante che resiste alle alte temperature e quindi rende il drone più resistente al fuoco. Per la progettazione del "FireDrone" i ricercatori si sono ispirati alla natura, più precisamente ad animali come pinguini, volpi artiche e sputacchine, che vivono a temperature estreme. Tutti questi animali hanno strati corrispondenti di grasso, pelliccia o producono il proprio corpo con strati protettivi di materiale termoregolatore che permettono loro di sopravvivere in condizioni estreme.

Adatto alle tute spaziali

Nei primi test condotti nell'arena di volo dell'Empa a Dübendorf, il prototipo del "FireDrone" si è già comportato bene. Le caratteristiche di volo e la controllabilità del drone, alto circa 50 centimetri, sono risultate eccellenti anche con un rivestimento isolante in aerogel e un sistema di raffreddamento aggiuntivo integrato, oltre a un rivestimento in alluminio per riflettere il calore. Il progetto, che i ricercatori hanno appena pubblicato sulla rivista scientifica "Advanced Intelligent Systems", è stato convincente in questa "prova generale".

Tuttavia, la capacità del velivolo di superare il test antincendio doveva essere dimostrata con test in condizioni il più possibile reali e tipiche di un'operazione antincendio. Il team dell'Empa ha potuto utilizzare questo "scenario reale" sul campo di addestramento del centro di formazione di Andelfingen. Mentre Stefan Keller, coordinatore dell'addestramento dei vigili del fuoco dell'assicurazione edifici del Cantone di Zurigo, e il personale logistico del centro di addestramento accendevano un fuoco a gas in una ciotola metallica di grandi dimensioni, i piloti dei droni guidavano le loro attrezzature nel mezzo dell'inferno.

Il risultato: il prototipo "FireDrone" è sopravvissuto a diversi voli di prova. Il ricercatore di droni Häusermann è soddisfatto dei risultati: "Anche dopo diversi voli, l'elettronica, la termocamera e il sensore di CO₂-I sensori del "FireDrone" sono integri e pronti per ulteriori test". Il prossimo passo sarà quello di testare il "FireDrone" in un incendio che, a differenza della fiamma a gas relativamente pulita, mostra un forte sviluppo di fuliggine.

L'esperto dei vigili del fuoco Stefan Keller è impressionato dai risultati: "Se un drone effettua la ricognizione iniziale, non dobbiamo inviare immediatamente i vigili del fuoco nella zona di pericolo. Per noi questo progresso è estremamente interessante".

Il "FireDrone" potrebbe essere utilizzato anche in ambienti estremamente freddi, come nelle regioni polari e sui ghiacciai. Il team ha anche testato il drone in un tunnel glaciale in Svizzera per verificare il comportamento del sistema a temperature molto basse. Sono già in corso colloqui con potenziali partner industriali per sviluppare ulteriormente il prototipo. "L'uso dei droni è spesso limitato da fattori ambientali come le temperature estreme", afferma Mirko Kovac. "Con il "FireDrone", stiamo mostrando un modo per espandere significativamente la futura gamma di applicazioni dei droni in ambienti estremi".

Ulteriori informazioni sul "FireDrone" sono disponibili al seguente indirizzo Video.