インペリアル・カレッジ・ロンドンとエンパ研究所の研究チームが、耐火性ドローンの開発に取り組んでいる。
猛火の中でも長時間生存できるように設計されたこの新型ドローンは、消防士に重要な偵察サービスを提供する可能性がある。FireDrone」と名付けられたこの実験用ドローンは、少なくとも10分間は200℃の温度に耐えられるという。
200℃の高温にも耐えられるドローン
「消防士は危険地帯に直接行く前に、何が待ち受けているのか、どんな困難に遭遇するのか、当然わかりません」と、EmpaのSustainability Robotics Laboratoryとインペリアル・カレッジ・ロンドンのAerial Robotics Labの責任者であるMirko Kovac氏は声明で述べた。
しかし、住宅火災は1,000℃を超えるため、この新型ドローンでもそれほど長くはもたないだろう。しかし、従来のドローンよりははるかに長持ちする。「より近くを飛行するには、火災によって発生する極端な熱は従来のドローンには大きすぎます」とEmpaのサステイナビリティ・ロボティクス研究所のDavid Häusermann氏は言う。「火に近づくと、フレームが溶けて電子機器が停止してしまいます。安全な距離から火災現場を空撮する以上のことは、商用ドローンでは不可能です」と彼は付け加えた。
改良型クアッドコプターであるこの新型ドローンの耐熱性は、電子機器の周囲にエアロゲルの断熱層を設けることで実現している。これによって、限定的ではあるが、重要なコンポーネントを保護することができる。この特殊ゲルはこのプロジェクトのために設計されたもので、ポリイミド・プラスチック、シリカ、ガラス繊維を主成分とし、全体にエアポケットが散りばめられている。これは、NASAが宇宙服の断熱材として使用しているものだ。ガラス繊維は構造的なサポートを提供し、外側のアルミニウム層はドローンから効果的に熱をそらす。
ファイヤードローンには、バッテリー、フライトコントローラー、ビデオ送信機、無線受信機、光学カメラ、赤外線カメラ、CO2センサーなどの各種センサーが搭載されている。その目的は、燃えている建物に入る際、救急隊員にリアルタイムのデータを提供することである。データには、火源、避けるべき危険区域、閉じ込められた人の位置などが含まれる。さらに、CO2センサーはガスが蒸発する際にドローン内に冷却効果をもたらす。
ドローンは森林火災にも使用可能
ファイヤードローンはすでに消防士の訓練センターでのテストに成功しており、今後もさらなるテストが予定されている。商業利用が可能になれば、このドローンは森林火災の評価や、断熱性の高いエアロゲルにより極寒の環境の探査に採用される可能性がある。
「ドローンの用途は、温度などの環境要因によって制限されることが多いのですが、我々は、これを克服する方法を実証し、我々の発見が極限環境におけるドローンの未来の力を引き出すのに役立つと確信しています」。
論文
- Advanced Intelligence Systems: FireDrone: Multi-Environment Thermally Agnostic Aerial Robot
参考文献
- Empa: FireDrone supports the fire department
- The Register: Fire-resistant drones promise to help rescuers in a hot spot
研究の要旨
極限環境にロボットを配備することは、人命へのリスクを軽減する。しかし、ロボットの動作条件は、火災災害や極地で遭遇する極端な温度などの環境要因によって制限されることが多い。特にドローンは、地上ロボットと比較してペイロード容量が限られているため、重要なコンポーネントを保護する熱管理システムを搭載するという課題に直面している。ここでは、自然の熱調節原理から着想を得た、構造用断熱材と相変化材料冷却システムからなる、熱に無頓着な空中ロボットを設計し、モデル化し、実験的に検証する。物理的人工知能のロボット開発パラダイムに基づき、材料と設計を同時に開発することで、新しい生理学的適応システムの創出を可能にする。ポリイミドエアロゲルは、ロボットの構造と特性を極端な温度に適応させるために、ドローンの設計における主要構造材料の1つとして適用されている。シリカエアロゲル粒子によるガラス繊維補強は、高温にさらされた後の高温収縮と細孔構造の劣化を低減し、複合エアロゲルの特徴のほとんどが維持される。幅広い周囲温度での運用を可能にする、高い技術読解力を持つドローンのプロトタイプが実証された。提案された熱に影響されないドローンの技術は、複数の産業および研究用途において、空中ロボット工学の大きな可能性を解き放つ可能性がある。
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