In futuro, nelle operazioni antincendio più rischiose all’interno degli edifici, i Vigili del Fuoco verranno sostituiti da robot volanti? Secondo uno studio giapponese, la ricerca sta andando in questa direzione, esplorando le tecniche per rendere aeree le unità robotiche con a bordo autopompe e ugelli.

Sono essenzialmente due le sfide che, oggi, l’approccio robotico alla gestione delle emergenze incendio si pone. La prima vedrà, in futuro, i robot progettati per l’antincendio negli edifici spegnere in modo sempre più rapido e preciso le fiamme divampate nei fabbricati; la seconda, invece, li vedrà sostituirsi ai pompieri nelle operazioni più pericolose, tenendoli lontani, ad esempio, dal rischio di restare intrappolati in un collasso strutturale dei locali in cui è preseente il fuoco e di inalare i gas tossici al loro interno.

Durante l’ultimo ventennio, le soluzioni antincendio messe a punto dall’ingegneria robotica sono diverse. Tra queste, solo per citarne alcune, il prototipo del “pompiere serpente”, costituito da un robot simile a un cavo che striscia guidato dalla pressione dell’acqua. Ideato nel 2008 da un team norvegese, Anna Konda – questo il suo nome – è stato concepito per estinguere gli incendi in spazi particolarmente esigui, tra cui i tunnel. E undici anni dopo (esattamente nel 2019) arriva Colossus, robot mobile cingolato dotato di un getto d’acqua e controllabile a distanza, capace di muoversi su terreni irregolari. Sono soltanto due dei molti esempi.

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Takeaway

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Robot per l’antincendio negli edifici: dagli interventi a terra a quelli in volo

Negli ultimi anni, anche i droni sono stati impiegati con funzioni antincendio, in particolare nella lotta agli incendi boschivi. Alcune aziende hanno persino sviluppato droni destinati allo spegnimento delle fiamme in edifici molto alti. Tuttavia, specie se gli ambienti sono ristretti, il tubo dell’acqua collegato all’aeromobilepotrebbe interferire con gli oggetti presenti al loro interno, generando il temibile “effetto trascinamento”, come osservano gli autori dello studio illustrato in “Development of a remotely controllable 4 m long aerial-hose-type firefighting robot”, pubblicato il 23 dicembre 2023 su Frontiers in Robotics and AI.

In particolare, nell’articolo, il gruppo di ricercatori – provenienti dalle Università giapponesi di Akita, Tohoku e Osaka – descrive come sono arrivati a coniugare le caratteristiche di un robot pensato per l’antincendio negli edifici con quelle di un drone deputato all’estinzione del fuoco, progettando una macchina in grado di volare e di introdurre agevolmente i tubi dell’acqua nelle strutture di qualsiasi tipologia e dimensione, per spegnere gli incendi nel modo più rapido e sicuro possibile. Vediamo insieme di che cosa si tratta [per approfondimenti, consigliamo la lettura della nostra guida alla robotica, che spiega come funziona e quali sono gli esempi applicativi – ndr].

Come funziona il pompiere volante a forma di drago

In tema di robot per l’antincendio negli edifici, il lavoro dei ricercatori giapponesi si è focalizzato sulla realizzazione di una macchina volante che avesse un corpo allungato, leggero e flessibile, in modo da potersi muovere con facilità in ogni spazio fisico.

Rispetto, però, ai robot antincendio del passato e ai droni, il tubo dell’acqua di questo pompiere volante doveva possedere caratteristiche tali da poter essere manipolato utilizzando gruppi di ugelli distribuiti lungo tutta la sua struttura, proprio per consentirgli di gettare acqua attraverso le finestre dei fabbricati. In seconda battuta, il robot doveva essere in grado di alzarsi in volo con una spinta sufficiente a sostenere l’intero carico di un’autopompa.

È così che è stato sviluppato il robot aereo antincendio con base mobile, noto col nome di Dragon FireFighter, “pompiere drago” lungo 3,6 metri costituito da un lungo tubo d’acqua provvisto di due unità di ugelli (una al centro e una in corrispondenza della testa), di una telecamera con obiettivo grandangolare e di una termocamera. In particolare, questi ultimi due dispositivi servono a identificare la posizione esatta dell’incendio, per erogare in modo puntuale l’acqua direttamente sulla sua fonte.

Il “dragone volante” è stato testato di recente nel corso di una dimostrazione antincendio su piccola scala – con una superficie in fiamme di circa 3,27 metri quadri – in occasione dell’ImPACT Tough Robotics Challenge, progetto-evento giapponese dedicato alle tecnologie robotiche applicate alla preparazione e alla risposta in caso di emergenze e calamità nazionali.

«La simulazione dell’incendio prevedeva che il drago volante attraversasse un varco alto 1,5 metri, corrispondente al telaio di una finestra, per sedare le fiamme al di là di essa. Sebbene il test abbia mostrato il potenziale del robot messo a punto, il sistema non è, però, ancora completo, in quanto mancano l’azionamento e il controllo da remoto» fa notare il gruppo di studio.

Robot per l’antincendio negli edifici: si lavora all’azionamento a distanza

In materia di robot per l’antincendio negli edifici, il sistema ideato dai ricercatori giapponesi è stato pensato affinché l’avvio e la gestione del suo funzionamento fossero possibili da remoto consentendo, così, agli operatori di intervenire sulle fiamme da qualsiasi postazione, semplicemente azionando una serie di automatismi. In particolare, sottolineano:

«Attivando posture appropriate delle unità ugelli, si ottengono prestazioni differenti e ottimizzate di Dragon FireFighter. Ad esempio, durante la dimostrazione, il robot-drago ha ottenuto performance migliori quando le posizioni di rollio degli ugelli erano pari a zero durante il volo»

Tuttavia, in futuro, il team prevede di modificare la forma del corpo del drago volante, al fine di ottenere – a seconda delle posizioni necessarie agli ugelli della testa del robot – le posture ottimali per gli ugelli centrali.

Un altro nodo concerne la regolazione del meccanismo di volo che, a tendere, dovrà avvalersi di «controller più avanzati per smorzare le oscillazioni del corpo del drago, sostituendone il meccanismo passivo».

Il punto – spiegano gli autori – è che il meccanismo di “smorzamento passivo” stabilizza in modo efficace il volo, ma la sua regolazione richiede molto tempo. Per velocizzare, invece, è stato appurato che sia l’acqua corrente, sia i controllori di reiezione dei disturbi sono, entrambi, in grado di smorzare le oscillazioni modali più elevate.

La ricerca futura

Il sistema Dragon FireFighter è soltanto un primo modello di robot volante – dissimile dai robot a terra, così come dai droni – progettato per operazioni antincendio negli edifici. Pertanto è suscettibile di perfezionamento, è migliorabile, nella struttura e nelle sue funzionalità.

Ad esempio, è stato osservato che le proprietà fisiche del corpo del tubo d’acqua si modificano in base ai cambiamenti delle condizioni termiche. Al punto che, durante la dimostrazione antincendio all’ImPACT Tough Robotics Challenge, il pompiere drago non è stato capace di alzarsi in volo mantenendo la stessa forma che possedeva durante le prove in laboratorio, benché i comandi fossero gli stessi.

Fenomeno questo – commenta il team di studio – correlato al surriscaldamento del materiale utilizzato per il tubo, dovuto alla luce solare diretta durante il lungo periodo di attesa prima della dimostrazione. La conseguenza è stata la deformazione plastica della carrozzeria che, a sua volta, ne ha alterato le proprietà fisiche. In futuro, la questione andrà affrontata scegliendo un materiale meno termosensibile, conclude il gruppo di lavoro.

Robot per l’antincendio negli edifici: anticipazioni di scenari possibili

Da qui a vent’anni, un sistema robotico volante simile a quello descritto, che si palesa nei pressi di edifici in fiamme per domare gli incendi, non andrà a rimpiazzare professionisti come i Vigili del Fuoco, bensì li proteggerà dai pericoli e renderà più snello e agile il loro carico di lavoro. Questo è l’obiettivo.

Gli scenari futuri che oggi, nel 2024, è possibile anticipare, ci portano – piuttosto – a immaginare flotte di robot-pompieri in volo, impegnati nell’estinguere il fuoco negli ambienti interni più diversi, laddove i droni non possono introdursi per evidenti caratteristiche strutturali.

Andando oltre il tema dell’antincendio, il pensiero va ad altre tipologie di emergenze e calamità, tra cui i terremoti, e a robot volanti capaci di intervenire gestiti da remoto per salvare vite umane.