FireDrone: Aerogel macht Feuerwehr-Aufklärungsdrohne hitzebeständig bis 200 °C
Die Feuerwehraufklärungsdrohne FireDrone besitzt eine Struktur aus Polyimid-Aerogel. Der Kunststoff lässt die Drohne hohe Temperaturen aushalten.
(Bild: Empa)
Die FireDrone, weiterentwickelt von dem gleichnamigen Spin-off der schweizerischen Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), ist hinsichtlich ihrer Hitzebeständigkeit verbessert worden. Die für Aufklärungsflüge der Feuerwehr etwa in brennenden Gebäuden konzipierte Drohne kann Temperaturen bis zu 200 °C überstehen, ohne dass die Hülle der Drohne oder die Elektronik Schaden nimmt. Möglich ist das durch ein hochtemperaturbeständiges Polyimid-Aerogel, aus dem die Drohnenhülle in einem Stück hergestellt wird.
Bei Feuerwehreinsätzen kann die als Quadkopter konzipierte FireDrone ferngesteuert in brennende Gebäude geflogen werden, um sich ein Bild von der Lage zu verschaffen und gegebenenfalls eingeschlossene Menschen zu finden, ohne dabei Feuerwehrleute zu gefährden. Die Drohne ist dazu mit hochauflösenden Kameras sowie einer Wärmebildkamera ausgestattet. Die Kamerabilder werden in Echtzeit auf den Bildschirm der Rettungskräfte übertragen. Die Drohne hat außerdem diverse Sensoren an Bord, um etwa die Temperatur zu bestimmen und beim Brand entstehende Gase aufzuspüren. Die Lokalisierung in Innenräumen erfolgt ohne GPS mit einem speziell entwickelten Pilotassistenz- und Lokalisierungssystem.
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Handelsübliche Drohnen halten selten Temperaturen von mehr als 40 °C aus. Bevor die Struktur durch die Hitze beschädigt wird, beginnt zuerst oft die Elektronik zu streiken. Entsprechend hitzebeständig müssen die äußere Hülle der Drohne sowie der Schutz der Elektronik ausfallen. In einer ersten Version der FireDrone verwendeten die Entwickler eine glasfaserverstärkte Verbundstruktur aus Polyimid und Siliziumdioxid. Die verschiedenen Bauteile mussten dazu jedoch in einem komplexen Verfahren einzeln erstellt werden.
Hitzebeständige Struktur aus Polyimid-Aerogel
Nun haben Wissenschaftler der Empa ein hochtemperaturbeständiges Polyimid-Aerogel entwickelt und so verbessert, dass das Material neben der Hitzebeständigkeit auch die benötigte mechanische Festigkeit und Flexibilität erfüllt. Vorausgegangen waren umfangreiche Forschungsarbeiten zur chemischen Zusammensetzung, der Auswahl der Rohstoffe, der Polymerisation und der Lösungsmittelpozesse. Das Aerogel, das hauptsächlich aus luftgefüllten Poren besteht, die von einem hitzebeständigen Kunststoff umschlossen sind, kann nun in einer einzigen Form gegossen werden. Es umhüllt die sensiblen elektronischen Komponenten komplett, sodass sie vor Hitze bis zu 200 °C geschützt sind. In die FireDrone ist darüber hinaus ein Hitzemanagementsystem integriert, das die Temperatur der Komponenten überwacht und zusätzlich herunterkühlt.
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Das Unternehmen testet die FireDrone derzeit auf dem schweizerischen Übungsgelände des Ausbildungszentrums Andelfingen und im Holcim-Zementwerk in Siggenthal. In dem Zementwerk werden höhere Temperaturen erzeugt, sodass die Drohne unter realen Bedingungen getestet werden kann. Denn FireDrone will die Drohne neben Brandeinsätzen auch für Inspektionsarbeiten überall dort einsetzen, wo hohe Temperaturen aufgrund chemischer Prozesse auftreten und lange Abkühlphasen schnelle Inspektionen verhindern. Diese führen normalerweise zu langen Ausfallzeiten, Energieverlusten und verursachen hohe Kosten. Beispiele für solche Anlagen sind etwa Zement-, Stahlwerke und Müllverbrennungsanlagen.
FireDrone entwickelt derzeit eine hitzebeständige, mobile Andock-, Lade- und Wartungsstation: FireDrone Nest. Die FireDrone soll nach einem Einsatz dort autonom landen, andocken und für den nächsten Flug vorbereitet werden.
Mit den Tests der Drohne soll nun der Übergang vom Forschungsprojekt zu einem praktisch anwendbaren Produkt vollzogen werden.
(olb)
