Die Empa und ein Spin-off-Unternehmen haben eine Drohne entwickelt, die extremen Temperaturen standhält. Die sogenannte «FireDrone» soll künftig Echtzeitdaten aus Hochrisikobereichen liefern, die für Menschen und herkömmliche Drohnen zu gefährlich sind. Dies eröffnet neue Möglichkeiten in der Brandbekämpfung und bei Industrieinspektionen.
Wichtige Erkenntnisse
- Die FireDrone trotzt Temperaturen bis zu 200 Grad Celsius.
- Sie nutzt eine patentierte Isolation aus ultraleichtem Polyimid-Aerogel.
- Die Drohne liefert Wärmebilder und kann Gase detektieren.
- Einsatzbereiche sind Brandbekämpfung und Industrieinspektionen.
- Sie navigiert auch ohne GPS in Innenräumen und Tunneln.
Einzigartige Technologie für extreme Bedingungen
Herkömmliche Drohnen erreichen ihre Grenzen bereits bei etwa 40 Grad Celsius. Der Rahmen verformt sich, und die Elektronik versagt. Die FireDrone hingegen kann bei Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius operieren. Dies wird durch eine spezielle, patentierte Isolation aus ultraleichtem Aerogel ermöglicht.
Dieses Aerogel besteht fast vollständig aus luftgefüllten Poren, die von einem hitzebeständigen Kunststoff umhüllt sind. Frühere Versionen nutzten eine komplexere Verbundstruktur. Heute kommt ein reines Polyimid-Aerogel zum Einsatz. «Wir können das Aerogel in dreidimensionalen Formen giessen und massgeschneidert an die Drohne anpassen», erklärt David Häusermann, Empa-Forscher und Mitgründer des Start-ups.
Faktencheck: Aerogel-Isolation
- Material: Reines Polyimid-Aerogel.
- Struktur: Fast vollständig luftgefüllte Poren.
- Vorteil: Giessbar in massgeschneiderten Formen, umhüllt empfindliche Komponenten aus einem Guss.
Die Forschung an der chemischen Zusammensetzung des Polyimid-Aerogels dauerte Jahre. Empa-Forschende um Shanyu Zhao entwickelten eine neue Materialkombination. Diese verbindet hohe Wärmebeständigkeit mit mechanischer Flexibilität. Zusätzlich verfügt die FireDrone über ein internes Temperaturmanagementsystem. Dieses kühlt und überwacht die Elektronik kontinuierlich.
Sicherheit für Einsatzkräfte
Brände in grossen Gebäuden, langen Tunneln oder weitläufigen Wäldern stellen Feuerwehrleute vor enorme Herausforderungen. Oft müssen sie sich selbst in brennende Gebäude wagen, um Gefahrenstoffe oder vermisste Personen zu suchen. Dies birgt erhebliche Risiken.
«Heute müssen Feuerwehrleute selbst in brennende Gebäude vordringen, um Gefahrenstoffe oder vermisste Personen zu lokalisieren. Mit der FireDrone können wir erstmals eine Drohne in Gefahrenbereiche schicken, um genau das zu tun – und so das Risiko bei Brandeinsätzen deutlich zu minimieren», sagt Fabian Wiesemüller, Empa-Forscher und Mitgründer des Start-up-Unternehmens.
Rauch und Schadstoffe sind für mehr als zwei Drittel der Todesfälle bei Brandeinsätzen verantwortlich. Über ein Drittel aller Einsätze ist mit gefährlichen Materialien verbunden. Die FireDrone soll hier eine entscheidende Rolle spielen. Sie verschafft rasch einen Überblick bei unübersichtlicher Lage oder dichtem Rauch.
Einsatz in komplexen Umgebungen
Die Drohne zeigt ihre Stärken besonders in grossen und komplexen Strukturen. Dazu gehören Industriehallen, Parkhäuser oder Tunnel. Das Absuchen solcher Areale ist normalerweise zeitaufwendig und gefährlich. «Eine Drohne, die solche Areale schnell und unbeschadet abfliegen kann, bringt einen klaren Mehrwert», so David Häusermann.
Hintergrund: Risiken bei Brandeinsätzen
Feuerwehrleute sind bei Brandeinsätzen zahlreichen Gefahren ausgesetzt. Dazu gehören giftiger Rauch, einstürzende Bauteile und explodierende Stoffe. Die FireDrone zielt darauf ab, diese Risiken zu minimieren, indem sie die erste Erkundung in gefährlichen Bereichen übernimmt.
Vielseitige Anwendungen in der Industrie
Neben der Brandbekämpfung eignet sich die FireDrone auch für Industrieinspektionen. Viele Anlagen wie Öfen, Raffinerien oder chemische Prozesse können erst nach langen Abkühlphasen sicher inspiziert werden. Diese Stillstandszeiten dauern oft mehrere Tage. Sie verursachen hohe Kosten und führen zu Energieverlusten.
Die FireDrone könnte künftig beispielsweise Zement- oder Stahlwerke sowie Kehrichtverbrennungsanlagen im laufenden Betrieb inspizieren. Überall dort, wo hohe Temperaturen den Einsatz von Menschen und konventionellen Drohnen erschweren, bietet sie eine Lösung. Dies ermöglicht eine effizientere Wartung und reduziert Ausfallzeiten erheblich.
Präzise Lokalisierung und Navigation
Die FireDrone ist mit einer Infrarotkamera ausgestattet. Sie sendet hochaufgelöste Wärmebilder in Echtzeit an den Bildschirm der Fernsteuerung. Mehrere Einsatzkräfte können so in sicherer Distanz Brandherde oder vermisste Personen lokalisieren.
«Heute sehen oft nur die ersten Feuerwehrleute im Gebäude, wie es im Innern aussieht. Mit der Drohne kann sich etwa der Einsatzleiter einen eigenen Überblick verschaffen, noch bevor Menschen das Gebäude betreten», erklärt Häusermann.
Optional lässt sich die Drohne mit weiteren Kameras oder Sensoren ausrüsten. So kann sie beispielsweise Aussentemperaturen messen oder Gase detektieren, die bei Bränden entstehen. Dies liefert umfassende Informationen für die Einsatzleitung.
Navigation ohne GPS
Ein entscheidender Vorteil der FireDrone ist ihre Fähigkeit, auch in Innenräumen zu fliegen. Da sie sich dabei nicht auf die Navigation per Satelliten verlassen kann, wurde sie gezielt für Einsätze in Gebäuden, Tunneln oder überdachten Industrieanlagen optimiert. «In vielen unserer Einsatzszenarien ist GPS nicht verfügbar. Deshalb entwickeln wir Pilotassistenz- und Lokalisierungssysteme, die auch ohne Satellitensignal stabil funktionieren», sagt Fabian Wiesemüller.
Das Spin-off hat die FireDrone bereits mehrfach getestet. Die Tests fanden auf dem Trainingsgelände des Ausbildungszentrums Andelfingen und im Zementwerk von Holcim in Siggenthal statt. «Tests sind entscheidend, um den Schritt aus dem Labor in die Praxis zu machen. In Zukunft sollen Piloten mit minimalem Training diese Drohnen sicher in Extremsituationen einsetzen können», so Häusermann.
Langfristig ist geplant, die FireDrone mit einer mobilen Andock- und Wartungsstation zu ergänzen. Diese könnte in Feuerwehrfahrzeuge oder moderne Brandschutzsysteme integriert werden, um die Einsatzbereitschaft weiter zu erhöhen.
