«FireDrone» zur Brandbekämpfung
Forscher der Empa und des «Imperial College London» entwickeln eine hitzeresistente Drohne, die bei einem Gebäude- oder Waldbrand den Gefahrenherd aus nächster Nähe analysieren kann. So können Feuerwehrleute die Strategie eines Hochrisiko-Einsatzes optimieren, bevor sie die Gefahrenzone betreten.
Drohnen werden heute bereits zur Brandbekämpfung eingesetzt, um Luftaufnahmen zu machen, Feuerlöschschläuche auf Hochhäuser zu heben oder in abgelegenen Gebieten Löschmittel abzuwerfen, etwa um die Ausbreitung von Waldbränden einzudämmen – allerdings nur in sicherer Entfernung zum Brandherd.
«Um näher heranzufliegen, ist die extreme Hitzeentwicklung eines Brandes für herkömmliche Drohnen zu gross», sagt David Häusermann vom «Sustainability Robotics»-Labor der Empa. Nah am Feuer schmilzt der Rahmen, und die Elektronik gibt auf. «Mehr als Luftaufnahmen der Brandstelle aus sicherer Entfernung sind mit handelsüblichen Drohnen nicht möglich», so Häusermann. Das Ziel des Robotik-Forschers war es daher, eine Drohne zu entwickeln, die der Hitze standhält und so schnell und präzise Daten aus dem Zentrum des Gefahrenherds liefern kann.
Drohnenforscher David Häusermann vom «Sustainability Robotics»-Labor der Empa entwickelt Drohnen, die bei Brandeinsätzen mitten in die Gefahrenzone fliegen können.
Um ihre Drohne möglichst leicht, widerstandsfähig und hitzbeständig zu bauen, wählten die Materialforscher ein Aerogel auf Basis eines Polyimid-Kunststoffs, wie sie auch von der Nasa erforscht werden.
Empa-Forscher Shanyu Zhao setzte bei der Synthese des Aerogels jedoch nicht auf Polyimid allein: Das Kompositmaterial besteht aus Polyimid und Silica und ist zudem mit Glasfasern verstärkt. «Laboranalysen haben gezeigt, dass dieses vergleichsweise feuerresistente Material sich für den Einsatz in Drohnen besonders gut eignet», erklärt Aerogel-Forscher Zhao.
Shanyu Zhao vom «Building Energy Materials and Components» im Empa-Labor.
Bei ersten Tests in der Flugarena der Empa in Dübendorf schnitt der Prototyp der «FireDrone» bereits gut ab. Die Flugeigenschaften und die Steuerbarkeit der rund 50 Zentimeter grossen Drohne waren auch mit Aerogel-Isolationsmantel und einem zusätzlich eingebauten Kühlsystem sowie einer Aluminiumverkleidung, um Wärme zu reflektieren, hervorragend. Das Design, das die Forscher soeben im Fachblatt «Advanced Intelligent Systems» publizierten, konnte in dieser «Trockenübung» überzeugen.
Ob das Fluggerät aber auch die Feuerprobe bestehen würde, mussten Versuche unter möglichst realen Bedingungen zeigen, die typisch für einen Brandeinsatz sind. Das Empa-Team konnte ein derartiges «real-life Szenario» auf dem Trainingsgelände des Ausbildungszentrum Andelfingen nutzen.
Während Stefan Keller, Ausbildungskoordinator Feuerwehr der Gebäudeversicherung des Kantons Zürich, mit der Logistik-Crew des Ausbildungszentrums ein Gasfeuer in einer überdimensionalen Metallschale entfachten, steuerten die Drohnenpiloten ihr Gerät mitten ins Inferno.
Auf dem Testgelände des Ausbildungszentrums Andelfingen des Kantons Zürich kann die «FireDrone» in einer möglichst realen Situation ihr Können beweisen.
Das Ergebnis: Der «FireDrone»-Prototyp überstand mehrere Testflüge. Zufrieden zieht Drohnenforscher Häusermann Bilanz: «Auch nach mehreren Flügen sind die Elektronik, die Wärmebildkamera und die CO2-Sensoren der «FireDrone» unbeschadet und bereit für weitere Tests.» Ein nächster Schritt wäre nun, die «FireDrone» in einem Feuer zu testen, das anders als die vergleichsweise saubere Gasflamme eine starke Russentwicklung zeigt.
Feuerwehr-Experte Stefan Keller zeigt sich von den Ergebnissen beeindruckt: «Macht eine Drohne die erste Lageerkundigung, müssen wir die Feuerwehrleute nicht sofort in die Gefahrenzone schicken. Für uns ist dieser Fortschritt enorm interessant».
Die «FireDrone» könnte ausserdem in extrem kalten Umgebungen, etwa in Polarregionen und auf Gletschern, eingesetzt werden. Das Team hat die Drohne auch in einem Gletschertunnel in der Schweiz getestet, um zu untersuchen, wie sich das System bei sehr kalten Temperaturen verhält. Um den Prototypen weiterzuentwickeln, laufen bereits Gespräche mit möglichen Industriepartnern. «Die Anwendung von Drohnen wird oft durch Umweltfaktoren wie extreme Temperaturen eingeschränkt», so Mirko Kovac. «Mit der «FireDrone» zeigen wir einen Weg auf, das künftige Anwendungsspektrum für Drohnen in extremen Umgebungen deutlich zu erweitern.»
Die «FireDrone» ist dank des speziellen Aerogel-Mantels für Einsätze sowohl in Hitze- als auch in Kältebereichen geeignet.
