Unterstützung aus der Luft: FireDrone hilft der Feuerwehr
Sie ist besonders hitzeresistent und kommt auch mit extrem kalten Temperaturen zurecht. Forschende der Empa haben eine neue Drohne entwickelt. Sie kann bei der Brandbekämpfung helfen, Rettungskräften die Arbeit erleichtern und für ein bisschen mehr Sicherheit sorgen
Forschende der Empa haben eine hitzeresistente Drohne entwickelt.
Foto: Empa
Eine Drohne kann in zahlreichen Situationen sehr hilfreich sein und eine große Unterstützung bieten. Zum Beispiel gibt es Drohnen mit Defibrillator, sie können Rettungsmittel transportieren, bei der Personensuche helfen, eine Lage erkunden oder Gefahrenstoffe und Strahlenquellen entdecken. Der Vorteil beim Einsatz einer Drohne liegt auf der Hand: Man kann sie praktisch zur Erkundung vorab an den gewünschten Ort schicken und erst einmal die Lage sondieren, bevor Rettungskräfte sich dorthin begeben. Sie dienen also auch dem Schutz von Menschen in Rettungseinsätzen. Forschende haben sich nun ein neues Einsatzgebiet überlegt: Drohnen zur Unterstützung bei der Brandbekämpfung. „Bevor sie sich direkt in die Gefahrenzone begeben, wissen die Feuerwehrleute natürlich nicht, was sie genau erwartet und auf welche Schwierigkeiten sie stoßen werden“, sagt Mirko Kovac, Leiter des „Sustainability Robotics“-Labor der Empa sowie der „Aerial Robotics Lab“ am Imperial College London.
Endlich Problem für autonome Drohnenflüge gelöst
Damit Drohnen solche Informationen liefern können, muss man sie zum Beispiel mit Kameras und CO2-Sensoren ausstatten. Auf diese Art und Weise brächte man in Erfahrung, wie die Brandherde verteilt sind, ob weitere unerwartete Gefahren drohen oder Menschen eingeschlossen sind. Die kleinen Flugobjekte sind bereits eine wichtige Unterstützung bei der Brandbekämpfung, doch nur, wenn sie sich in sicherer Entfernung vom Brandherd befinden. „Um näher heranzufliegen, ist die extreme Hitzeentwicklung eines Brandes für herkömmliche Drohnen zu groß“, erklärt David Häusermann vom „Sustainability Robotics“-Labor der Empa. Sowohl die äußeren Materialien der Drohnen als auch die eingebaute Elektronik sind solchen Temperaturen nicht gewachsen. Genau das kann nun die neu entwickelte Drohne, wie sie nach ersten Tests bereits unter Beweis stellte.
FireDrone: passendes Material kommt aus der Natur
Um eine nützliche Drohne zu bauen, berieten sich die Forschenden mit Feuerwehrleuten. Das Ziel: Eine Drohne zu bauen, die optimal zu den Anforderungen bei einem Brandeinsatz passt. Deshalb suchten die Forschenden nach einem passenden Material. Unterstützung bekamen sie dabei von Forschenden am Empa-Labor „Building Energy Materials and Components“. Die sogenannte „FireDrone“ bekam eine Haut aus Isolationsmaterial, das feuerresistent ist. Das Material ist der Natur entlehnt. Tiere wie der Pinguin oder der Polarfuchs müssen mit extremen Temperaturen zurechtkommen. Damit ihnen das gut gelingt, haben sie am Körper verschiedene Fettschichten unter dem Fell oder erzeugen körpereigene Schutzschichten aus sogenanntem thermoregulierendem Material. Kurzum: Die Tiere sind in der Lage, die Körperwärme zu halten und so den oft eisigen Umgebungen zu trotzen, in denen sie leben.
Für die FireDrone nutzten die Forschenden ein Aerogel. Das Material ist extrem leicht, da es fast komplett aus luftgefüllten Poren besteht, die von ganz wenig Polymer-Substanz umgeben sind. Das Aerogel selbst besteht aus Polyimid-Kunststoff. Dieses Material wird zum Beispiel auch von der NASA erforscht, um es zum Beispiel zur Isolation der Raumanzüge einzusetzen. Im Fall der Drohne ergänzten die Forschenden das Polyimid und verstärkten es zusätzlich noch mit Glasfasern. Erste Laboranalysen zeigten, dass sich das Material für die Drohne gut eignet.
FireDrone ist hitze- und kälteresistent
Ihre ersten Flugtests absolvierte die FireDrone in der Flugarena der Empa in Dübendorf. Der Prototyp ist etwa 50 Zentimeter groß und ließ sich gut steuern. Auch die Flugeigenschaften insgesamt stellte die Forschenden zufrieden. Neben dem speziellen Isolationsmaterial bauten sie ein zusätzliches Kühlsystem ein sowie eine Aluminiumverkleidung, welche die Wärme reflektieren sollte. Einen ersten Einsatz unter möglichst realen Bedingungen hat die FireDrone inzwischen auch schon hinter sich. Dafür konnten die Forschenden das Trainingsgelände der Feuerwehr des Kantons Zürich nutzen. Die Feuerwehrleute legten dafür ein kontrolliertes Gasfeuer in einer riesigen Metallschale. Die Drohne steuerten die Forschenden direkt hinein in die Flammen. „Auch nach mehreren Flügen sind die Elektronik, die Wärmebildkamera und die CO2-Sensoren der FireDrone unbeschadet und bereit für weitere Tests.“
Als nächstes soll die Drohne in einer anderen Art von Feuer getestet werden. Einem, das statt sauberer Gasflamme eine starke Rußentwicklung aufweist. Die Feuerwehrleute waren von den ersten Ergebnissen begeistert, weil die Drohne ihre Arbeit wieder ein Stück weit sicherer gestalten könnte. Neben dem Einsatz in extrem heißen Temperaturen sei es auch denkbar, die Drohne in Polarregionen oder auf Gletschern zu nutzen. In einem Gletschertunnel in der Schweiz haben die Forschenden auch dies bereits getestet – ebenfalls mit Erfolg.
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