Inspenet, 12 de octubre 2023.
David Häusermann, un ingeniero de investigación en Empa, Suiza, explica cómo logró desarrollar un dron con la capacidad de operar en entornos de temperaturas extremas. El proyecto FireDrone representa una colaboración entre Empa, los Laboratorios de Ciencia y Tecnología de Materiales de Suiza y el Imperial College de Londres.
El origen de esta iniciativa se remonta a 2017, después del trágico incendio en la Torre Grenfell en Londres. En ese momento, el profesor Mirko Kovac, quien lidera el Laboratorio de Robótica Sostenible en Empa y dirige el Laboratorio de Robótica Aérea en el Imperial College de Londres, se enfrentó a la pregunta de si tenía a su disposición un dron adecuado para operar en el interior de edificios y colaborar en labores de extinción de incendios. Desafortunadamente, no existía una solución adecuada.
Para el año 2019, el proyecto ya se había establecido y yo estaba involucrado en él como parte de mi programa de Maestría en Ingeniería Mecánica en ETH Zurich.
A principios de este año, finalizamos las pruebas de un prototipo y publicamos nuestro informe técnico titulado “FireDrone: Un Robot Aéreo con Agnosticismo Térmico para Múltiples Entornos“. Este dron se construye con un innovador material aislante de aerogel y está equipado con un sistema de enfriamiento interno que le permite soportar temperaturas de hasta 200°C (392°F) durante un máximo de diez minutos.
Nuestro objetivo final es desarrollar un producto que los bomberos puedan utilizar para la evaluación de incendios y áreas peligrosas, contribuyendo al rescate de vidas y, al mismo tiempo, disminuyendo el riesgo para los propios bomberos.
Acerca del diseño de FireDrone
El FireDrone se destaca por su diseño único. Inicialmente, consideramos la posibilidad de revestir un dron comercial con aerogel, pero decidimos emprender la construcción desde cero. Creamos una carcasa protectora que resguarda los componentes sensibles al calor, como las cámaras regulares e infrarrojas, los sensores de temperatura, los transmisores de video, los controladores de vuelo, las baterías y los receptores de radio.
Esta carcasa está fabricada con aerogel de poliimida reforzado con fibra de vidrio y recubierta con aluminio para reflejar la radiación térmica. Sus rotores también están confeccionados con fibra de carbono y recubiertos con aluminio.
Uno de los desafíos más significativos del proyecto involucró el desarrollo simultáneo del FireDrone y del material de aislamiento de aerogel de poliimida en una colaboración con el equipo de Materiales Superaislantes en Empa.
Las propiedades mecánicas y térmicas del aerogel ejercen una influencia determinante en su diseño. Por ejemplo, incorporamos fibras de vidrio con el propósito de prevenir la contracción del aerogel de poliimida en condiciones de elevadas temperaturas. Así mismo, aplicamos un revestimiento de aluminio con el fin de reflejar la radiación térmica, lo que resultó en una mejora del rendimiento del aislamiento.
Realizamos un extenso proceso de caracterización de materiales mediante el uso de muestras representativas. Los datos obtenidos en estas caracterizaciones se emplearon posteriormente en la etapa de diseño, utilizando bucles de simulación para modelar el rendimiento del aislamiento térmico.
Seguidamente, desarrollamos modelos de calificación tanto para la estructura como para el aislamiento, los cuales se fusionaron en el prototipo final. Adicionalmente, fue sometido a pruebas en cámaras climáticas en las instalaciones de Empa antes de proceder a las evaluaciones en vuelo con exposición al fuego.
Las pruebas iniciales en vuelo se llevaron a cabo en las instalaciones de la Arena de Vuelo de Empa, y posteriormente se realizaron vuelos cerca de situaciones reales de incendios, en un centro de entrenamiento de bomberos en Zúrich. Un hallazgo fundamental fue la observación del comportamiento del dron al aproximarse al fuego. Si bien anticipamos el impacto de la disminución de la elevación en presencia de aire caliente turbulento, se requiere una mayor investigación para comprender y modelar las turbulencias y encontrar formas de mitigarlas en términos de control de potencia y funcionamiento del rotor.
Hemos mantenido una estrecha colaboración con los bomberos desde la concepción del proyecto, reconociendo la importancia de atender sus necesidades y requerimientos. Esto nos ha permitido diseñar un dispositivo que sea realmente valioso para ellos y que no cause retrasos en sus operaciones.
En este momento, nos encontramos inmersos en el desarrollo de la segunda versión del FireDrone, la cual será más compacta, ligera y ofrecerá un mejor rendimiento. Además, tenemos planes para alcanzar un nivel de autonomía y resistencia al calor que supere los 200°C.
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