消防機器人帶來滅火新技術

李忠東 編譯

火場內驚險萬分，入內滅火救人的消防員承受極大風險，很容易發生傷亡事故，因此人類一直希望能用機器人代替消防員去救火。據英國《每日郵報》6月6日報道，日本東北大學田所諭教授與八戶工業高等專科學校、國際救援系統研究機構等組成的研發團隊，成功開發出全球首款飛行式消防機器人的原型機Dragon Fire Fighter。它是日本內閣府“創新性研究開發推進項目”的一部分，以期打造一個具有重大科技創新體系，并為日本帶來具有重要意義的科技創新成果。Dragon Fire Fighter不但能夠控制與消防水帶相連的多個噴嘴，利用噴水的反作用力穩定地懸浮在空中，而且還可以選擇飛行方向進入建筑物內部直接消滅火源，降低消防員救火時的危險。

為了便于進入建筑物內部，飛行式消防機器人采用的柔軟消防水帶呈細長形狀，并與消防車相連。水帶配置了多個噴嘴模塊，內部的高壓水流從噴嘴模塊中高速向外噴水。通過噴水時的反作用力，水帶可以浮在空中并選擇前進方向。噴出的水不僅可以滅火，同時還能冷卻周邊環境以保護水帶自身。如果配備多個噴嘴模塊，即使是較長的水帶也能浮在空中。在消防員難以進入的高層建筑物的高層發生火災時，就可以使用Dragon Fire Fighter，讓它從窗戶直接進入建筑物內部。

研發團隊開發的Dragon Fire Fighter全球首次實現了穩定懸浮和方向控制，飛行式消防機器人長約3米，配備兩個噴嘴模塊，頂端還安裝了攝像頭和熱成像儀，方便消防員掌握火場中的情況。研發人員對通過噴水控制消防水帶的原理進行驗證后確認，只要水帶的末端被固定，水的噴射推力就能將水帶維持在末端一樣的高度，而水帶盡頭也可左右移動約 1.5米，能更好地瞄準火源進行滅火。機器人固定在推車上，可以前后移動，一邊改變方向一邊通過窗戶進入建筑物內部，用時85秒就撲滅了用作實驗的圓桶內的火焰。

研究人員發現，要想使消防水帶穩定懸浮在空中并控制方向，不但要獲得充足的噴射推力，而且還少不了能控制力度大小和方向的噴嘴模塊。但是調整噴射量的電磁閥比較重，配備在噴嘴上并不現實。因此他們新開發了能通過微小的流路阻力改變噴射方向的輕量、靈活的噴嘴。通過組合使用多個可以改變噴射方向的噴嘴，就能控制通過噴嘴模塊獲得的合力大小和方向。

另外，可根據消防水帶的空中姿態來控制噴射的方向和力度。例如，如果頂端的噴水方向相對水帶固定，水帶就會隨著噴射力的增大而失去控制。如果使一定強度的力的方向左右變化，水帶頂端便可以左右移動。為了提高振動抑制效果，貼著水帶增加了一根繩索。它從水帶根部經由滑輪折返，繩索的兩端固定在水帶頂端。滑輪會隨著水帶主體的形狀變化而轉動，滑輪轉動時會根據其速度產生相應的阻力來抑制水帶的振動。

事實上，由于火場內十分危險，在大型火災時消防員往往只能在火場外圍射水，防止火勢擴散。而Dragon Fire Fighter可應對人無法靠近的火情，直接從窗戶等地方伸進火場內部射水，輕而易舉地撲熄建筑物內的火源。研究團隊計劃把噴水零件縮小，將滅火機器人加長至10～20米，并力爭提升耐火性能和操作便利性等，推向實用化，盡早在滅火現場大顯身手。“研發團隊設想，將機器人與消防車云梯上的消防水帶頂端相連，讓機器人從公寓的高層窗戶進入，進行滅火活動。”開發人員表示，“我們爭取3年之內投入實際使用，希望未來不再有消防員因救火而喪命。”