Dronă în sprijinul pompierilor

April 2016

O echipă de cercetători de la KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology), cu sediul în Daedeok Innopolis, Daejeon, Coreea de Sud, a realizat un UAV care detectează incendii în zgârie-nori, efectuează căutări prin incinta clădirilor și transmite informații în timp real, din spațiile incendiate, către o stație de la sol.

KAIST, înființată în 1971, este pe primul loc între universitățile de cercetări în știință și tehnologie din Coreea de Sud. FAROS (Fireproof Aerial RObot System), o versiune nouă a sistemului CAROS (Climbing Aerial RObot System), care a fost creat în 2014, poate zbura, se poate cățăra pe pereți, se poate strecura prin locuri înguste și poate pătrunde în flăcările unui incendiu. În clădirile înalte, unul dintre cele mai mari dezastre îl reprezintă incendiile, de multe ori producând arsuri grave sau decese, dar și afectând integritatea structurilor constructive, care sunt un important factor de securitate. Peste tot în lume se studiază și se realizează monitorizarea structurilor de la poduri, zgârie-nori, turbine eoliene, baraje artificiale sau aeronave de mari dimensiuni și panouri solare, la cele mai multe datorită fenomenului de îmbătrânire și creșterii potențialului de prăbușire. Cei mai mulți roboți mobili, realizați în urma unor cercetări pentru inspecția structurilor greu accesibile, întâmpină dificultăți. Fie este nevoie de instalarea unei infrastructuri suplimentare, fie tehnologia magnetică sau cea cu vacuum nu se poate aplica unor suprafațe de diverse forme sau din diferite materiale. Incendiile din zgârie-nori crează multe probleme, datorită posibilităților de a se răspândi rapid în spații cu densitate mare de materiale inflamabile și spre etajele superioare ale structurii clădirii, din cauza efectului de „coș de fum” al blocurilor cu multe etaje. Accesul în timpul incendiului este limitat, pentru pompieri este dificil să ajungă la flăcări, iar situația de la fața locului este greu de evaluat. În primii ani de cercetări pentru rezolvarea unor astfel de situații, prin utilizarea de drone, soluția a fost atașarea unei platforme (schelă sau punte) între clădirile înalte sau crearea unui spațiu de aterizare, pentru salvarea de vieți. În vara lui 2013, după 18 luni de cercetări, în cadrul unui proiect pe patru ani al UE (în perioada 28.11.2011 – 27.11.2015), cu susținere din partea CORDIS (Community Research and Development Information Service), numit ARCAS (Aerial Robotics Cooperative Assembly System), s-a proiectat și experimentat un astfel de sistem, prin care dronele să coopereze la asamblarea pieselor unei platforme și la amplasarea acesteia pentru evacuarea oamenilor. Coordonatorul proiectului a fost profesorul Aníbal Ollero, de la Ingeniería de Sistemas y Automática Department, Universitatea din Sevilia, Spania. Primul dintre cele două prototipuri dezvoltate este un quadcopter dotat cu un braț de prindere, a cărui greutate și poziționare nu afectează stabilitatea dronei. Al doilea, este un elicopter electric, echipat cu un element de prindere, capabil să se încline în orice direcție. Ambele sunt echipate cu un manipulator care poate să determine forma obiectelor. Tehnicile de control al mișcării trebuie să coordoneze mai multe aparate de zbor, concomitent, care să apuce același obiect în momentul pregătirii asamblării platformei. Proiectul de realizare de drone care să colaboreze între ele va avea multe aplcații. Partenerii industriali ai ARCAS „vor fi primii care vor adopta tehnologia, oferind o cale pentru comercializare, cu utilizări, fie la inspecții, întreținere și/sau reparații (service), fie la construirea și manipularea unor elemente de salvare în zone greu accesibile” pentru altă categorie de echipamente.

Progresul în tehnicile de înlăturare a pagubelor produse de incendii a durat secole, de la organizarea romanilor, care au instituit primul serviciu de stingere a focului prin trecerea găleților din mână în mână, de-a lungul unui lanț de persoane, de la cea mai apropiată sursă de apă la focar, și până la cisternele de culoare roșie ale pompierilor. Acum, trecerea de la sistemele ARCAS la dronele CAROS și de la acestea la FAROS se petrece în câțiva ani sau, poate, în câteva luni, iar inovațiile au un parcurs ascendent. O tehnologie pentru drone, care să zboare dar și să urce pe pereți, a fost dezvoltată pe drona CAROS (Climbing Aerial RObot System), în anii 2014 și 2015, de o echipă a institutului KAIST, condusă de profesorul Hyun Myung, de la Civil and Environmental Engineering Department. Tehnologia CAROS nu necesită instalarea unei infrastructuri suplimentare și oferă o mobilitate și o siguranță maximă, ca un robot care escaladează un perete. Din moment ce „se poate lipi” de o suprafață, poate efectua o inspecție atentă pentru întreținerea structurilor urbane, a paletelor de la turbinele eoliene și pentru curățarea clădirilor înalte sau a panourilor solare. Această dronă are avantajul că își poate recăpăta poziția după o cădere accidentală, cauzată de un incident neprevăzut. În primul rând, echipa de specialiști a analizat și a proiectat structura și mecanismele dronei, pentru a maximiza stabilitatea de zbor și forța de aderență pe pereți.

În al doilea rând, ei au dezvoltat algoritmii de control al zborului și al escaladării și cei pentru trecerea de la o modalitate de deplasare la alta. Acești algoritmi permit dronei CAROS să schimbe procedeul, atunci când întâlnește un perete în timp ce zboară, și să revină. În al treilea rând, echipa a dezvoltat un algoritm de navigație autonomă, care, pe baza informațiilor senzoriale, recunoaște mediile 3D. Dacă este echipată cu o dispozitiv video termic, poate detecta și urmări oamenii, prin intermediul imaginilor termice. Versiunea îmbunătățită, FAROS (Fireproof Aerial RObot System), anunțată la începutul lui 2016, poate fi, în plus, folosită în clădirile incendiate. Este un sistem quadcopter care, similar dronei CAROS, se poate transforma, de la zborul specific dronelor, într-un „păianjen”, pentru „a se agăța și cățăra pe pereți”, și apoi să revină la poziția de zbor. Se poate deplasa printr-un labirint de spații înguste, spații pline cu moloz dar, cel mai interesant, și prin spații cuprinse de flăcări. Drona își evaluează poziția utilizând un scaner 2-D cu laser, un altimetru și un senzor electronic IMU (Inertial Measurement Unit), care conține acceleratoare și giroscoape, pentru a naviga în mod autonom. Prin localizare și cu ajutorul unei camere video termice poate stabili sursa unui incendiu, poate recunoaște obiecte și depista persoane blocate în interiorul unei clădiri în flăcări, cât mai rapid posibil. Detectează focarul printr-o tehnologie de procesare de imagini și transmite informațiile printr-o comunicație wireless. Este destinată să inspecteze interioarele clădirilor, înainte de a intra și acționa pompierii, permițându-le să economisească timp și să minimizeze riscul, având informații în avans și concentrându-și eforturile în consecință. FAROS este ignifug, corpul dronei având un înveliș din fibre aramide (aromatic polyamides, o clasă de fibre sintetice rezistente la căldură) pentru a proteja componentele mecanice și electrice de efectele directe ale flăcărilor. Sub învelișul din fibre de aramid are un tampon de aer și un sistem de răcire termoelectric, bazat pe efectul Peltier (prin care se crează un flux de căldură între două tipuri de materiale), pentru a menține stratul protector într-un interval de temperatură specific. Echipa profesorului Myung a demonstrat fezabilitatea sistemului de localizare și a mecanismului de prindere și escaladare într-un mediu interior cu fum. Testul de rezistență la foc a arătat că UAV poate suporta peste 1.0000 C (1.8320 F), timp de peste un minut. În situația în care traseul de zbor este parțial blocat, se poate întoarce pe o parte, în lateral, și „agăța” de obstacol. Apoi, utilizând elicele, se deplasează de-a lungul peretelui până când se poate elibera. Profesorul Hyun Myung a declarat „Pe măsură ce orașele devin tot mai aglomerate, cu mulți zgârie-nori și cu structuri complicate, incidentele datorate incendiilor pot duce la mari dezastre și pot amenința viața cetățenilor. FAROS poate fi trimis la locul dezastrului, într-un stadiu incipient al unor astfel de incidente, pentru a minimiza deteriorarea și pentru a maximiza siguranța și eficiența misiunii de salvare”. Echipa de cercetători a început studiile pentru a îmbunătăți performanța de rezistență la foc pentru senzori (inclusiv pentru scanerul cu laser 2-D și camera termică imagistică), deoarece aceștia sunt mai expuși la foc decât alți senzori din corpul dronei sau componentele electronice. Datorită inovației și potențialului lor, CAROS și FAROS au primit atenția mass-media din toată lumea, iar echipa profesorului Myung a solicitat brevetele aferente.

Cercetările și stadiul lor au fost prezentate la ICCAS (International Conference on Control, Automation and Systems), din octombrie 2015, care a avut loc la BEXCO (Busan Exhibition and Convention Centre), Busan, Coreea de Sud, unde echipa de cercetare a fost distinsă cu Best Presentation Award. Aceaste cercetări au fost finanțate de KAIST Initiative for Disaster Studies și KAIST Institutes (KI).

Tags