Un nuovo drone anticendio anglosvizzero in aiuto ai vigili del fuoco

I ricercatori dell’EMPA e dell’Imperial College di Londra stanno sviluppando un drone resistente al calore in grado di analizzare le fonti di pericolo a distanza ravvicinata in caso di incendio di un edificio o di una foresta.
Ciò consente ai vigili del fuoco di ottimizzare la strategia di un’operazione ad alto rischio prima di entrare nella zona pericolosa.
Dove gli altri si precipitano a fuggire, loro devono entrare: i pompieri si trovano in situazioni pericolose durante le operazioni di soccorso, a volte proprio in mezzo a un mare di fiamme.
Nel 2022, i vigili del fuoco svizzeri sono stati chiamati per più di 12.000 missioni antincendio.

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Droni dotati di telecamere e sensori di CO2 per fronteggiare temperatute anche di 1000 gradi

Poiché le temperature in un edificio in fiamme possono raggiungere livelli letali di circa 1.000 gradi Celsius, è essenziale evitare qualsiasi 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 dal punto caldo.
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 che 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.

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David Häusermann alla ricerca di un materiale per i motori, le batterie, i sensori e l’elettronica

I droni vengono già utilizzati per combattere gli incendi, scattando foto aeree, sollevando manichette antincendio sui grattacieli o sganciando agenti estinguenti in aree remote, ad esempio per contenere la diffusione delle fiamme in un ambiente boschivo, ma soltanto 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 di Robotica per la Sostenibilità dell’EMPA.
In prossimità dell’incendio, in effetti il telaio letteralmente si scioglie e l’elettronica cede.
“Con i droni commerciali non è possibile realizzare foto più che aeree del luogo dell’incendio da una distanza di sicurezza”, seguita Häusermann.
L’obiettivo del ricercatore era quindi quello di sviluppare un drone in grado di resistere al calore e di fornire dati rapidi e precisi dal centro dell’area calda.
Egli ha lavorato con i vigili del fuoco per determinare i requisiti di un drone in una missione antincendio e ha cercato di trovare un materiale che potesse circondare in modo protettivo il cuore del drone: i motori, le batterie, i sensori e l’elettronica.
Con i colleghi del laboratorio Building Energy Materials and Components dell’EMPA, ha trovato quello che cercava.
I ricercatori, guidati da Shanyu Zhao e Wim Malfait, sono riusciti a sintetizzare un materiale isolante in grado di resistere alle alte temperature e di rendere il drone più resistente al fuoco.

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Un aerogel basato su una plastica di poliimmide ispirato a pinguini, volpi artiche e sputacchine

Nel progettare il FireDrone, i ricercatori si sono ispirati alla natura, o più precisamente ad animali come pinguini, volpi artiche e sputacchine che vivono a temperature estreme.
Tutti questi animali sono dotati di strati di grasso, pelliccia o producono da soli strati protettivi di materiale termoregolatore, che consentono loro di sopravvivere in condizioni estreme.
Il materiale in questione è un aerogel, un materiale ultraleggero costituito quasi interamente da pori pieni d’aria racchiusi in un accenno di sostanza polimerica.
In questo caso, i ricercatori hanno scelto un aerogel basato su una plastica di poliimmide.
Gli aerogel di poliimmide sono oggetto di ricerca anche da parte della NASA, ad esempio per l’isolamento delle tute spaziali.
Tuttavia, Shanyu Zhao non si è affidato alla sola poliimmide per sintetizzare l’aerogel: il materiale composito è costituito da poliimmide e silice ed è anche rinforzato con fibre di vetro.
“Le analisi di laboratorio hanno dimostrato che questo materiale, relativamente resistente al fuoco, è particolarmente adatto all’uso nei droni”, spiega Zhao, ricercatore di aerogel.

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Un sistema di raffreddamento aggiuntivo e un rivestimento in alluminio per riflettere il calore

Il prototipo del FireDrone ha già ottenuto buoni risultati nei test iniziali presso l’arena di volo dell’EMPA a Dübendorf.
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 uno strato di alluminio per riflettere il calore.
Il progetto, che i ricercatori hanno appena pubblicato sulla rivista “Advanced Intelligent Systems”, è stato convincente in questa sorta di “prova generale”.
Tuttavia, per dimostrare se il velivolo avrebbe superato anche la prova del fuoco era necessario effettuare dei test in condizioni il più possibile reali, tipiche di un’operazione antincendio.

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Superati i voli di prova nel campo di prova del centro di addestramento di Andelfingen

Il team dell’EMPA ha potuto utilizzare questo scenario reale sul campo di prova del centro di addestramento di Andelfingen.
Mentre Stefan Keller, coordinatore della formazione per i vigili del fuoco dell’assicurazione edifici del Cantone di Zurigo, e il personale logistico del centro di formazione accendevano un fuoco a gas in un braciere metallico di grandi dimensioni, i piloti del drone hanno guidato il loro dispositivo direttamente… nell’inferno.
Il risultato: il prototipo del FireDrone è sopravvissuto a diversi voli di prova tra le fiamme.
Soddisfatto, il ricercatore esperto di robot volanti David Häusermann, che ha fatto il punto della situazione.
“Anche dopo diversi voli, l’elettronica, la termocamera e i sensori di CO2 del FireDrone non hanno subito danni e sono pronti per ulteriori test”, ha detto.

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I prossimi test del FireDrone in un ambiente denso di fuliggine e in aree fredde e ghiacciate

Il prossimo passo sarà quello di testare il FireDrone in un incendio che, a differenza della fiamma del gas relativamente pulita, mostra un forte sviluppo di fuliggine.
Anche l’esperto di antincendio Stefan Keller è impressionato dai risultati: “Se un drone effettua la ricognizione iniziale della situazione, non dobbiamo inviare immediatamente i vigili del fuoco nella zona di pericolo. Per noi questo progresso è enormemente interessante”.
Il FireDrone potrebbe essere utilizzato anche in ambienti estremamente freddi, come nelle regioni polari e sui ghiacciai.
Il team ha anche testato il robot volante in un tunnel glaciale in Svizzera per studiare 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”, ha dichiarato Mirko Kovac.
“Con il FireDrone, stiamo mostrando un modo per espandere significativamente la futura gamma di applicazioni dei droni in ambienti estremi”.

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