消防机器人带来灭火新技术

李忠东 编译

火场内惊险万分，入内灭火救人的消防员承受极大风险，很容易发生伤亡事故，因此人类一直希望能用机器人代替消防员去救火。据英国《每日邮报》6月6日报道，日本东北大学田所谕教授与八户工业高等专科学校、国际救援系统研究机构等组成的研发团队，成功开发出全球首款飞行式消防机器人的原型机Dragon Fire Fighter。它是日本内阁府“创新性研究开发推进项目”的一部分，以期打造一个具有重大科技创新体系，并为日本带来具有重要意义的科技创新成果。Dragon Fire Fighter不但能够控制与消防水带相连的多个喷嘴，利用喷水的反作用力稳定地悬浮在空中，而且还可以选择飞行方向进入建筑物内部直接消灭火源，降低消防员救火时的危险。

为了便于进入建筑物内部，飞行式消防机器人采用的柔软消防水带呈细长形状，并与消防车相连。水带配置了多个喷嘴模块，内部的高压水流从喷嘴模块中高速向外喷水。通过喷水时的反作用力，水带可以浮在空中并选择前进方向。喷出的水不仅可以灭火，同时还能冷却周边环境以保护水带自身。如果配备多个喷嘴模块，即使是较长的水带也能浮在空中。在消防员难以进入的高层建筑物的高层发生火灾时，就可以使用Dragon Fire Fighter，让它从窗户直接进入建筑物内部。

研发团队开发的Dragon Fire Fighter全球首次实现了稳定悬浮和方向控制，飞行式消防机器人长约3米，配备两个喷嘴模块，顶端还安装了摄像头和热成像仪，方便消防员掌握火场中的情况。研发人员对通过喷水控制消防水带的原理进行验证后确认，只要水带的末端被固定，水的喷射推力就能将水带维持在末端一样的高度，而水带尽头也可左右移动约 1.5米，能更好地瞄准火源进行灭火。机器人固定在推车上，可以前后移动，一边改变方向一边通过窗户进入建筑物内部，用时85秒就扑灭了用作实验的圆桶内的火焰。

研究人员发现，要想使消防水带稳定悬浮在空中并控制方向，不但要获得充足的喷射推力，而且还少不了能控制力度大小和方向的喷嘴模块。但是调整喷射量的电磁阀比较重，配备在喷嘴上并不现实。因此他们新开发了能通过微小的流路阻力改变喷射方向的轻量、灵活的喷嘴。通过组合使用多个可以改变喷射方向的喷嘴，就能控制通过喷嘴模块获得的合力大小和方向。

另外，可根据消防水带的空中姿态来控制喷射的方向和力度。例如，如果顶端的喷水方向相对水带固定，水带就会随着喷射力的增大而失去控制。如果使一定强度的力的方向左右变化，水带顶端便可以左右移动。为了提高振动抑制效果，贴着水带增加了一根绳索。它从水带根部经由滑轮折返，绳索的两端固定在水带顶端。滑轮会随着水带主体的形状变化而转动，滑轮转动时会根据其速度产生相应的阻力来抑制水带的振动。

事实上，由于火场内十分危险，在大型火灾时消防员往往只能在火场外围射水，防止火势扩散。而Dragon Fire Fighter可应对人无法靠近的火情，直接从窗户等地方伸进火场内部射水，轻而易举地扑熄建筑物内的火源。研究团队计划把喷水零件缩小，将灭火机器人加长至10～20米，并力争提升耐火性能和操作便利性等，推向实用化，尽早在灭火现场大显身手。“研发团队设想，将机器人与消防车云梯上的消防水带顶端相连，让机器人从公寓的高层窗户进入，进行灭火活动。”开发人员表示，“我们争取3年之内投入实际使用，希望未来不再有消防员因救火而丧命。”