Nowość w zapobieganiu śmiertelnym pożarom

Podczas gdy pożary lasów ponownie szaleją w Kalifornii, naukowcy twierdzą, że znaleźli tańszy i łatwiejszy sposób wykrywania takich śmiertelnych pożarów i ostrzegania przed nimi: nowy typ czujnika pożarów lasów, zasilany jedynie kołysaniem się drzew. Urządzenie – wielkości puszki po zupie, którego wyprodukowanie kosztuje zaledwie 20 dolarów – teoretycznie byłoby znacznie tańsze niż monitoring satelitarny czy patrole załogowe.

W tym roku w Stanach Zjednoczonych miało miejsce ponad 37 000 pożarów lasów, które spowodowały zwęglenie prawie 11 000 kilometrów kwadratowych ziemi. Strażacy zazwyczaj monitorują takie ogniska za pomocą załogowych wież strażniczych, samolotów, patroli naziemnych i satelitów. Ale to wszystko jest kosztowne i wymaga znacznej siły roboczej. Niedrogie czujniki pożarowe, takie jak te, które można znaleźć w domu, wymagają rutynowej wymiany baterii – prawdziwy problem, jeśli, tak jak w samej Kalifornii, trzeba regularnie wymieniać baterie w około 81 000 sztuk. Baterie mogą również zanieczyścić środowisko, jeśli zawarte w nich szkodliwe metale wyciekną.

Nowa prototypowa czujka pożarowa nie potrzebuje baterii; jest zasilany przez „generator tryboelektryczny”, który wykorzystuje małe ruchy do produkcji energii. Konstrukcja składa się z górnego i dolnego zestawu koncentrycznych cylindrów o nieco innych rozmiarach – jeden pokryty folią miedzianą, a drugi teflonem – które zazębiają się i są połączone gumką. Dolny zestaw jest tak obciążony, że po zawieszeniu na kołyszącej się gałęzi cylindry poruszają się w górę i w dół względem siebie, zamieniając nieregularny ruch gałęzi na energię elektryczną.

Ten projekt może „generować energię elektryczną z najmniejszego kołysania się gałęzi drzew” – mówi kierownik badań Changyong Cao, inżynier mechanik z Michigan State University. Urządzenie potrzebuje wiatru, aby zapewnić moc, ale pożary wytwarzają prądy powietrza, co oznacza, że ​​moc będzie prawdopodobnie łatwo dostępna, mówi. Technologia jest zarówno ognioodporna, jak i wodoodporna, a ponieważ nie ma baterii, nie ma ryzyka wycieku szkodliwych metali – donosi zespół w Advanced Functional Materials .

Prototyp jest wyposażony w dwa różne czujniki: jeden mierzy temperaturę, a drugi obecność tlenku węgla uwalnianego w wyniku pożarów. Zespół przewiduje, że ostateczny projekt będzie również obejmował bezprzewodowy nadajnik, dzięki czemu każdy czujnik będzie mógł przekazywać informacje do centrum sterowania za pośrednictwem lokalnych koncentratorów danych, a następnie satelitów w celu zaalarmowania służb ratowniczych o pożarze. Naukowcy twierdzą, że w razie potrzeby można dodać dodatkowe czujniki, aby poprawić możliwości wykrywania pożaru przez urządzenie. Dodatkowe czujniki mogą również wykrywać toksyczne gazy lub monitorować zanieczyszczenie powietrza.

Prototyp detektora pożarów. CHANGYONG CAO I IN .

Urządzenie posiada zasięg detekcji rzędu kilkudziesięciu metrów. Jednak w praktyce, mówi Cao, sieć czujników nie musiałaby zapewniać pełnego zasięgu. „Moglibyśmy ustawić je w odstępach co 100 metrów” – mówi. „Jeśli wybuchnie pożar, możemy określić lokalizację, a także mieć wystarczająco dużo czasu i bezpieczną odległość, aby podjąć działania”. Dodaje, że nanogenerator powinien być w stanie ładować się na tyle szybko, aby generować jeden raport co 3 minuty.

Urządzenie ma kilka zalet w porównaniu z obecnymi podejściami do nadzoru przeciwpożarowego, mówi Cao. Mówi, że na dłuższą metę byłoby to nie tylko tańsze i łatwiejsze w eksploatacji, ale zapewniałoby bardziej ciągły monitoring niż satelity, które często pojawiają się tylko okresowo w określonych częściach Ziemi. W przeciwieństwie do satelitów, system nie zostałby zaślepiony przez lokalne warunki pogodowe ani dym i pył z pożarów lasów.

Urządzenie ma „wielki potencjał” – przyznaje Zhong Lin Wang, materiałoznawca z Georgia Institute of Technology, który nie brał udziału w pracach. Nanogeneratory tryboelektryczne zrewolucjonizowały technologię – od tworzenia monitorów pracy serca z własnym zasilaniem po detektory intruzów bez baterii – a nowe urządzenie może zrobić to samo z monitorowaniem pożarów lasów, mówi.

Stefan Doerr, naukowiec zajmujący się pożarami dzikich obszarów z Uniwersytetu Swansea, chwali czujnik jako „ekscytujący rozwój”. Ale zauważa, że ​​technologia nie została jeszcze przetestowana w terenie. Co więcej, dodaje, urządzenia te „naprawdę nie są w znaczący sposób porównywalne” z technikami optycznymi, które mogą wykrywać smugi dymu na rozległych obszarach z wież strażackich lub samolotów, lub czujnikami satelitarnymi, które wykrywają sygnaturę cieplną w podczerwieni wytwarzaną przez pożar. Mówi, że jednym wyzwaniem jest to, że do pokrycia zaledwie 1 kilometra kwadratowego lądu może być potrzebnych 100 nowych czujników, a to byłaby zaledwie „kropla w oceanie na obszarach narażonych na pożary”.

Źródło: Ian Randall, doi: 10.1126 / science.abe4500 | Zdjęcie: Photo by Matt Howard on Unsplash

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x