未來，在建筑物內(nèi)最危險(xiǎn)的滅火行動(dòng)中，消防隊(duì)是否會(huì)被飛行機(jī)器人取代？根據(jù)日本的一項(xiàng)研究，相關(guān)研究正朝著這個(gè)方向發(fā)展，探索使攜帶消防車和噴嘴的機(jī)器人裝置升空的技術(shù)。

目前，機(jī)器人消防應(yīng)急管理方法主要面臨兩個(gè)挑戰(zhàn)。第一個(gè)挑戰(zhàn)是，在未來，專為建筑物滅火設(shè)計(jì)的機(jī)器人將以越來越快的速度和越來越精確的方式滅火；第二個(gè)挑戰(zhàn)是，在最危險(xiǎn)的行動(dòng)中，機(jī)器人將接替消防員的工作，例如，使他們遠(yuǎn)離被困在發(fā)生火災(zāi)的場(chǎng)所的結(jié)構(gòu)坍塌中并吸入內(nèi)部有毒氣體的危險(xiǎn)。

在過去的二十年里，機(jī)器人工程開發(fā)了多種滅火解決方案。其中有一種 "蛇形消防員 "的原型，它是一個(gè)像纜繩一樣的機(jī)器人，在水壓的引導(dǎo)下爬行。安娜-孔達(dá)（Anna Konda）--這是她的名字--是由一個(gè)挪威團(tuán)隊(duì)于 2008 年設(shè)計(jì)的，旨在撲滅包括隧道在內(nèi)的狹小空間內(nèi)的火災(zāi)。十一年后（即 2019 年），Colossus 誕生了，這是一種配備噴水裝置的履帶式移動(dòng)機(jī)器人，可以遠(yuǎn)距離控制，能夠在凹凸不平的地形上移動(dòng)。以上只是眾多例子中的兩個(gè)。

提要

日本的一組研究人員設(shè)計(jì)出了一種空中消防機(jī)器人，它與前代機(jī)器人完全不同，也與無人機(jī)完全不同，能夠在空中翱翔，并通過各種類型和規(guī)模的建筑物的窗戶引入水管。

研發(fā)的消防機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類似于一條龍，其身體由一根長(zhǎng)長(zhǎng)的柔性水管組成，中間和末端各有一個(gè)噴嘴裝置，另外還有一個(gè)帶廣角鏡頭的攝像頭和一個(gè)熱像儀。

在未來，可以想象的場(chǎng)景包括成隊(duì)的飛行消防機(jī)器人，它們不僅能在各種室內(nèi)環(huán)境中滅火，還能在發(fā)生地震和其他自然災(zāi)害時(shí)拯救生命。

制造消防機(jī)器人：從地面干預(yù)到空中干預(yù)

近年來，無人機(jī)也被用于滅火，尤其是撲滅森林火災(zāi)。一些公司甚至開發(fā)了無人機(jī)，用于撲滅超高建筑中的火焰。然而，正如 2023 年 12 月 23 日發(fā)表在《機(jī)器人學(xué)與人工智能前沿》（Frontiers in Robotics and AI）雜志上的研究報(bào)告《可遠(yuǎn)程控制的 4 米長(zhǎng)空中軟管型滅火機(jī)器人的開發(fā)》（Development of a remotely controllable 4 m long aerial-hose-type firefighting robot）的作者指出的那樣，尤其是在房間狹窄的情況下，飛機(jī)上連接的水管可能會(huì)干擾室內(nèi)的物體，產(chǎn)生可怕的 "阻力效應(yīng)"。

在這篇文章中，來自日本秋田、東北和大阪大學(xué)的研究小組特別介紹了他們?nèi)绾螌⒂糜诮ㄖ餃缁鸬臋C(jī)器人的特點(diǎn)與用于滅火的無人機(jī)的特點(diǎn)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)出一種能夠飛行的機(jī)器，并能輕松地將水管引入任何類型和大小的建筑物，以盡可能快速、安全地滅火。讓我們一起來看看這到底是怎么回事。

Dragon飛行消防員的工作原理

在樓宇消防機(jī)器人方面，日本研究人員的工作重點(diǎn)是制造一種飛行器，它的身體修長(zhǎng)、輕巧、靈活，可以在任何物理空間中輕松移動(dòng)。

不過，與過去的消防機(jī)器人和無人機(jī)相比，這種飛行消防員的水管必須具備這樣的特性，即可以利用分布在其整個(gè)結(jié)構(gòu)中的噴嘴組進(jìn)行操控，從而使其能夠準(zhǔn)確地通過建筑物的窗戶潑水。其次，機(jī)器人必須能夠以足夠的推力升空，以支撐消防車的全部負(fù)荷。

就這樣，帶有移動(dòng)底座的空中滅火機(jī)器人研制成功了，它被稱為 "龍消防員"，是一個(gè)長(zhǎng) 3.6 米的 "龍消防員"，由一條配備兩個(gè)噴嘴裝置（一個(gè)在中間，一個(gè)在頭部）的長(zhǎng)水管、一個(gè)帶廣角鏡頭的攝像機(jī)和一個(gè)熱成像攝像機(jī)組成。后兩個(gè)裝置特別用于確定火災(zāi)的確切位置，以便直接向火源供水。

最近，"Dragon"在 "ImPACT 強(qiáng)悍機(jī)器人挑戰(zhàn)賽 "上進(jìn)行了小規(guī)模滅火演示測(cè)試，燃燒面積約為 3.27 平方米。

"Dragon"在模擬火災(zāi)中飛過 1.5 米高的縫隙（相當(dāng)于窗框），撲滅窗外的火焰。研究小組指出："盡管測(cè)試顯示了所開發(fā)機(jī)器人的潛力，但該系統(tǒng)還不夠完善，因?yàn)樗狈h(yuǎn)程操作和控制。

樓宇滅火機(jī)器人：遠(yuǎn)程操作正在研究中

說到樓宇滅火機(jī)器人，日本研究人員設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和管理，因此操作人員只需操作一系列自動(dòng)裝置，就可以在任何地點(diǎn)對(duì)火焰進(jìn)行干預(yù)。他們特別指出：

他們特別指出："通過啟動(dòng)噴嘴裝置的適當(dāng)姿態(tài)，Dragon FireFighter 可以實(shí)現(xiàn)不同的優(yōu)化性能。例如，在演示過程中，當(dāng)噴嘴位置在飛行過程中為零時(shí)，龍形機(jī)器人的表現(xiàn)更好"。

不過，未來該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃修改飛龍的身體形狀，以便根據(jù)機(jī)器人頭部所需的噴嘴位置，實(shí)現(xiàn)中央噴嘴的最佳位置。

另一個(gè)問題涉及飛行裝置的調(diào)整，最終必須使用 "更先進(jìn)的控制器來抑制飛龍身體的擺動(dòng)，取代其被動(dòng)裝置"。

作者解釋說，"問題的關(guān)鍵在于，'被動(dòng)阻尼'裝置能有效穩(wěn)定飛行，但其調(diào)整非常耗時(shí)。另一方面，為了加快速度，我們發(fā)現(xiàn)流水和干擾抑制控制器都能夠抑制較高的模態(tài)振蕩。

未來研究

與地面機(jī)器人和無人機(jī)不同，"龍消防員 "系統(tǒng)只是飛行機(jī)器人的早期模型，設(shè)計(jì)用于建筑物內(nèi)的消防作業(yè)。因此，它的結(jié)構(gòu)和功能都有待改進(jìn)。

例如，據(jù)觀察，水管主體的物理特性會(huì)隨著熱條件的變化而改變。以至于在 ImPACT 強(qiáng)悍機(jī)器人挑戰(zhàn)賽的消防演示中，即使控制方式相同，消防員龍也無法在保持實(shí)驗(yàn)室測(cè)試時(shí)的形態(tài)的情況下升空。

研究小組認(rèn)為，這一現(xiàn)象與演示前的漫長(zhǎng)等待時(shí)間內(nèi)陽(yáng)光直射導(dǎo)致管子材料過熱有關(guān)。其結(jié)果是管體發(fā)生塑性變形，進(jìn)而改變了其物理特性。研究小組總結(jié)說，今后應(yīng)選擇對(duì)溫度不太敏感的材料來解決這一問題。

樓宇消防機(jī)器人：對(duì)可能出現(xiàn)的情況的預(yù)測(cè)

二十年后，類似上述的飛行機(jī)器人系統(tǒng)將出現(xiàn)在著火的建筑物附近進(jìn)行滅火，它不會(huì)取代消防隊(duì)等專業(yè)人員，而是保護(hù)他們遠(yuǎn)離危險(xiǎn)，使他們的工作量更加精簡(jiǎn)和靈活。這就是我們的目標(biāo)。

今天，我們可以預(yù)見到 2024 年的未來情景，我們可以想象成飛行消防機(jī)器人艦隊(duì)，在最多樣化的室內(nèi)環(huán)境中滅火，而在這些環(huán)境中，由于明顯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，無人機(jī)是無法進(jìn)入的。

除了滅火主題，我們還想到了其他類型的緊急情況和災(zāi)難，包括地震，以及能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程管理干預(yù)以拯救生命的飛行機(jī)器人。