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FireDrone für Feuerwehr und Industrie Hitzeresistente Drohne für Brandbekämpfung und Inspektion

Von Manuel Martin 4 min Lesedauer

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Die «FireDrone» soll Echtzeitdaten aus Hochrisikobereichen liefern, die für Menschen und herkömmliche Drohnen zu gefährlich sind. Entwickelt an der Empa und weitergeführt als Spin-off, kombiniert die neue Generation der Drohne hitzeresistente Materialien mit praxisnaher Robotik – für Brandeinsätze und Industrieinspektionen bei extremen Temperaturen.

Die FireDrone ist die erste Drohne, die extremer Hitze trotzt. Künftig soll sie Daten direkt aus Gefahrenzonen senden. (Bild: Empa)
Die FireDrone ist die erste Drohne, die extremer Hitze trotzt. Künftig soll sie Daten direkt aus Gefahrenzonen senden.
(Bild: Empa)

Brandbekämpfung in grossen Gebäuden, langen Tunneln oder weitläufigen Wäldern stellt Einsatzkräfte vor grosse Herausforderungen. Die FireDrone soll hier rasch Überblick verschaffen: Als erste hitzeresistente Drohne fliegt sie in risikoreiche Umgebungen und liefert Lageinformationen in Echtzeit. «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-Unternehmen. Der Flugroboter wurde an der Empa entwickelt und wird heute von einem Empa- und EPFL-Spin-off weitergeführt. Künftig soll er Feuerwehrleute dabei unterstützen, schnelle und fundierte Entscheidungen zu treffen.

FireDrone, ein Spin-off der Empa

Die FireDrone ist das Ergebnis mehrjähriger Forschung in den Empa-Labors «Sustainability Robotics» und «Building Energy Materials and Components». Die hitzebeständige Drohne wird heute von einem Empa- und EPFL-Spin-off weiterentwickelt. Unterstützt wird das Team rund um David Häusermann und Fabian Wiesemüller durch verschiedene Förderprogramme wie Bridge, Venture Kick, der Gebert Rüf Stiftung und dem Innovations Booster Robotics. Ein zusätzliches Entwicklungsprojekt ist das FireDrone Nest: eine mobile, thermisch isolierte Andock- und Wartungsstation. Sie soll es ermöglichen, die Drohne nach einem Einsatz automatisch zu landen, zu sichern und für den nächsten Flug vorzubereiten – ein wichtiger Schritt hin zu verlässlichen Einsätzen bei Feuerwehr und Industrie. «Der Schritt vom Forschungsprojekt in die Praxis wäre ohne die jahrelange Unterstützung der Empa nicht möglich gewesen», sagt Wiesemüller. «Jetzt geht es darum, die Technologie in reale Einsätze zu bringen.»

firedrone.com

Einsatz bei Feuerwehr und Industrie

Giftiger Rauch, einstürzende Bauteile oder explodierende Stoffe gefährden Feuerwehrleute. Rauch und Schadstoffe sind für mehr als zwei Drittel der Todesfälle bei Brandeinsätzen verantwortlich, und über ein Drittel aller Einsätze ist mit gefährlichen Materialien verbunden. Die FireDrone soll deshalb bei unübersichtlicher Lage oder dichten Rauchschwaden eingesetzt werden. Ihre Stärke liegt vor allem beim Einsatz innerhalb grosser und komplexer Strukturen wie Industriehallen, Parkhäusern oder Tunneln. Dort ist das Absuchen besonders zeitaufwendig und gefährlich. «Eine Drohne, die solche Areale schnell und unbeschadet abfliegen kann, bringt einen klaren Mehrwert», sagt David Häusermann, Empa-Forscher und Mitgründer des Start-ups.

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Neben Brandeinsätzen eignet sich die Drohne auch für Industrieinspektionen. Viele Anlagen mit Öfen, Raffinerien oder chemischen Prozessen können erst nach langen Abkühlphasen sicher inspiziert werden. Diese Stillstandszeiten dauern oft mehrere Tage, 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.

Fortschritte bei der Isolation

Bei herkömmlichen Drohnen ist ab etwa 40 Grad Celsius Schluss: Der Rahmen verformt sich, die Elektronik versagt. Die FireDrone hingegen fliegt bei Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius. Geschützt wird sie durch eine patentierte Isolation aus ultraleichtem Aerogel. Dieses besteht fast vollständig aus luftgefüllten Poren, die von einem hitzebeständigen Kunststoff umschlossen sind.

Gegenüber früheren Versionen wurde das Isolationssystem inzwischen grundlegend vereinfacht. Statt einer komplexen, glasfaserverstärkten Verbundstruktur aus Polyimid und Silica kommt heute ein reines Polyimid-Aerogel zum Einsatz. «Wir können das Aerogel in dreidimensionalen Formen giessen und massgeschneidert an die Drohne anpassen», sagt Häusermann. Klobige Einzelbauteile für die Hülle sind damit Vergangenheit: Das neue Material umhüllt die empfindlichen Komponenten aus einem Guss.

Gleichzeitig verbesserten Empa-Forschende um Shanyu Zhao das hochtemperaturbeständige Polyimid-Aerogel weiter. Solche Materialien galten lange als schwer realisierbar. Durch jahrelange Forschung an der chemischen Zusammensetzung – von der Auswahl der Ausgangsstoffe bis hin zu Polymerisations- und Lösungsmittelprozessen – entstand eine neue Materialkombination, die hohe Wärmebeständigkeit mit mechanischer Flexibilität verbindet. Zusätzlich verfügt die FireDrone über ein internes Temperaturmanagementsystem, das die Elektronik kontinuierlich kühlt und überwacht.

Live-Wärmebilder aus Gebäuden

Ausgestattet mit einer Infrarotkamera sendet die FireDrone hochaufgelöste Wärmebilder in Echtzeit auf den Bildschirm der Fernsteuerung. So können mehrere Einsatzkräfte in sicherer Distanz gleichzeitig 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 kann die Drohne mit weiteren Kameras oder Sensoren ausgerüstet werden, etwa um Aussentemperaturen zu messen oder Gase zu detektieren, die bei Bränden entstehen.

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Ein entscheidender Vorteil ist zudem, dass die FireDrone auch in Innenräumen fliegen kann. 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 Wiesemüller.

Das Spin-off testete die FireDrone bereits mehrfach auf dem Trainingsgelände des Ausbildungszentrum Andelfingen sowie im Zementwerk von Holcim in Siggenthal. «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 soll die FireDrone mit einer mobilen Andock- und Wartungsstation ergänzt werden, die in Feuerwehrfahrzeuge oder moderne Brandschutzsysteme integriert werden kann.

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