Νέο τηλεκατευθυνόμενο ρομπότ με υγρό άζωτο σβήνει τις πυρκαγιές χωρίς τη χρήση νερού

Σύνοψη

• Ερευνητές του Northeastern University ανέπτυξαν ένα ρομποτικό όχημα που χρησιμοποιεί υγρό άζωτο για την άμεση κατάσβεση εστιών φωτιάς σε δασικές εκτάσεις.
• Κατά την επαφή του με τη φλόγα, το κρυογονικό υγρό διαστέλλεται ραγδαία και εκτοπίζει το οξυγόνο, προκαλώντας ταυτόχρονα δραστική πτώση της θερμοκρασίας στην καύσιμη ύλη.
• Η συγκεκριμένη τεχνολογία πλεονεκτεί περιβαλλοντικά, καθώς δεν αφήνει κανένα τοξικό χημικό κατάλοιπο στο έδαφος ή τον υδροφόρο ορίζοντα σε αντίθεση με τα συμβατικά επιβραδυντικά.
• Το τηλεκατευθυνόμενο σύστημα διαθέτει ερπύστριες για κίνηση σε δύσβατα εδάφη, προστατεύοντας τους πυροσβέστες από την έκθεση σε ακραίες συνθήκες θερμότητας.

Οι παρατεταμένες ξηρασίες και οι ακραίες θερμοκρασίες που καταγράφονται σταθερά τα τελευταία χρόνια καθιστούν τις παραδοσιακές μεθόδους δασοπυρόσβεσης ολοένα και λιγότερο αποδοτικές απέναντι στα τεράστια θερμικά φορτία που αναπτύσσονται. Το νερό εξατμίζεται ταχύτατα προτού καν αγγίξει τον πυρήνα της φλόγας σε ακραίες συνθήκες, ενώ οι κίνδυνοι για το ανθρώπινο δυναμικό που επιχειρεί στην πρώτη γραμμή αυξάνονται εκθετικά. 

Μέσα σε αυτό το εξαιρετικά απαιτητικό επιχειρησιακό πλαίσιο, μια ερευνητική ομάδα από το Northeastern University υπό την καθοδήγηση του καθηγητή μηχανολογίας και βιομηχανικής μηχανικής, Γιάννη Λεβέντη, παρουσιάζει μια τεχνολογική προσέγγιση που παρακάμπτει τους περιορισμούς των υδάτινων ρίψεων μέσω της στοχευμένης χρήσης υγρού αζώτου από αυτόνομα ρομποτικά συστήματα.

Πώς το υγρό άζωτο κατασβήνει ακαριαία τις δασικές πυρκαγιές;

Το υγρό άζωτο θερμοκρασίας -196 °C, όταν έρχεται σε άμεση επαφή με τις φλόγες, εξατμίζεται ραγδαία και διαστέλλεται κατά περίπου 1000%, εκτοπίζοντας ακαριαία το οξυγόνο που συντηρεί την καύση. Η διαδικασία αυτή καταπνίγει άμεσα τη φωτιά και επιφέρει κατακόρυφη πτώση της θερμοκρασίας στην καύσιμη ύλη, αποτρέποντας μελλοντικές αναζωπυρώσεις χωρίς να δημιουργεί τοξικά κατάλοιπα.

Η βασική ιδέα πίσω από αυτόν τον καινοτόμο μηχανισμό γεννήθηκε σχεδόν τυχαία πριν από περίπου δύο δεκαετίες, όταν ο καθηγητής κ.Λεβέντης πραγματοποιούσε εργαστηριακά πειράματα με στόχο την εξεύρεση εναλλακτικών καυσίμων μέσω της καύσης τριμμένων ελαστικών από παλιά αυτοκίνητα. Κατά τη διάρκεια μιας έντονης ανάφλεξης στο εργαστήριο, η αυθόρμητη ρίψη μιας μικρής ποσότητας υγρού αζώτου πάνω στο φλεγόμενο καουτσούκ οδήγησε στην απόλυτη και στιγμιαία κατάσβεση της εστίας. Παρότι η χρήση του αζώτου είναι ήδη γνωστή και εφαρμόζεται με επιτυχία στην κατάσβεση πυρκαγιών που ξεσπούν βαθιά μέσα σε ανθρακωρυχεία, η μεταφορά της συγκεκριμένης αρχής στο ανοιχτό περιβάλλον των δασικών πυρκαγιών απαιτούσε τον σχεδιασμό ενός εντελώς νέου συστήματος διανομής που να αντέχει τις κρυογονικές θερμοκρασίες.

Το σημαντικότερο ίσως πλεονέκτημα της μεθόδου αφορά το περιβαλλοντικό της αποτύπωμα, το οποίο διαχωρίζει πλήρως το άζωτο από τις συμβατικές λύσεις αεροπυρόσβεσης. Τα περισσότερα επιβραδυντικά υγρά που χρησιμοποιούνται σήμερα σε παγκόσμια κλίμακα περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις φωσφόρου και σιδηροκυανιούχου νατρίου. 

Σύμφωνα με επίσημες αναφορές γεωλογικών ινστιτούτων των ΗΠΑ, οι συγκεκριμένες χημικές ενώσεις καταλήγουν μέσω της βροχής στους υδροφόρους ορίζοντες, στα ποτάμια και στις λίμνες, προκαλώντας την ανεξέλεγκτη ανάπτυξη τοξικών αλγών που καταστρέφουν την υδρόβια ζωή και αλλοιώνουν την ποιότητα των εδαφών. Αντιθέτως, το υγρό άζωτο, αμέσως μετά την εξάτμισή του και την ολοκλήρωση του ψυκτικού του έργου, επιστρέφει στην ατμόσφαιρα με τη μορφή φυσικού αερίου, διατηρώντας ακέραιη τη χημική ισορροπία του δασικού οικοσυστήματος.

Ποια είναι τα τεχνικά χαρακτηριστικά του ρομπότ πυρόσβεσης;

Το πειραματικό ρομπότ ενσωματώνει ερπύστριες παντός εδάφους και έναν ειδικά μονωμένο κρυογονικό σωλήνα για τη ρίψη του υγρού αζώτου. Έχει σχεδιαστεί για να προσεγγίζει αυτόνομα ή μέσω τηλεχειρισμού εξαιρετικά θερμές, δυσπρόσιτες εστίες και να εξουδετερώνει τα σημεία ανάφλεξης προτού αυτά εξελιχθούν σε ανεξέλεγκτα μέτωπα, εξασφαλίζοντας μηδενικό ρίσκο για τις ανθρώπινες δυνάμεις.

Η υλοποίηση του συγκεκριμένου συστήματος κατέστη δυνατή χάρη στη χρηματοδότηση από το ίδρυμα Gordon and Betty Moore, επιτρέποντας στην ερευνητική ομάδα να κατασκευάσει ένα πλήρως λειτουργικό πρωτότυπο. Η εξωτερική του μορφή παραπέμπει σε έναν μικρό, θωρακισμένο κάδο απορριμμάτων ο οποίος εδράζεται πάνω σε ένα στιβαρό σύστημα ερπυστριών που του προσδίδει τη δυνατότητα να κινείται σε ανώμαλα εδάφη γεμάτα καμένη βλάστηση και εμπόδια. Οι μηχανικοί επέλεξαν τη ρομποτική πλατφόρμα ως το ιδανικό όχημα μεταφοράς, απορρίπτοντας τις αρχικές σκέψεις για δημιουργία ειδικών ελικοπτέρων ή πυροσβεστικών οχημάτων μεταφοράς, κυρίως λόγω του απαγορευτικού κόστους κατασκευής τεράστιων κρυογονικών δεξαμενών αλλά και της ανάγκης για χειρουργική ακρίβεια στη ρίψη.

Σύμφωνα με τον Tom Ryden, εκτελεστικό διευθυντή της MassRobotics, η χρήση εξειδικευμένων μηχανών σε περιβάλλοντα όπου η ανθρώπινη παρουσία είναι απαγορευτική αποτελεί την απόλυτη δικαίωση της σύγχρονης ρομποτικής επιστήμης. Η λογική προσεγγίζει τη μεθοδολογία που ακολουθούν οι αστυνομικές δυνάμεις κατά την εξουδετέρωση εκρηκτικών μηχανισμών, καθώς η ενδεχόμενη απώλεια ενός μηχανήματος αξιολογείται αποκλειστικά ως οικονομική ζημία, διαφυλάσσοντας στο ακέραιο το πολυτιμότερο κεφάλαιο που είναι η ανθρώπινη ζωή. Προς το παρόν, το σύστημα δοκιμάζεται εντατικά σε ελεγχόμενες καύσεις υλικών που προέρχονται από τα δάση των δυτικών Πολιτειών της Αμερικής, ενώ τα μελλοντικά σχέδια περιλαμβάνουν την κλιμάκωση της τεχνολογίας ώστε να ενσωματωθεί σε μεγαλύτερα, συμβατικά πυροσβεστικά οχήματα.