未來，在建筑物內最危險的滅火行動中，消防隊是否會被飛行機器人取代？根據日本的一項研究，相關研究正朝著這個方向發展，探索使攜帶消防車和噴嘴的機器人裝置升空的技術。

目前，機器人消防應急管理方法主要面臨兩個挑戰。第一個挑戰是，在未來，專為建筑物滅火設計的機器人將以越來越快的速度和越來越精確的方式滅火；第二個挑戰是，在最危險的行動中，機器人將接替消防員的工作，例如，使他們遠離被困在發生火災的場所的結構坍塌中并吸入內部有毒氣體的危險。

在過去的二十年里，機器人工程開發了多種滅火解決方案。其中有一種 "蛇形消防員 "的原型，它是一個像纜繩一樣的機器人，在水壓的引導下爬行。安娜-孔達（Anna Konda）--這是她的名字--是由一個挪威團隊于 2008 年設計的，旨在撲滅包括隧道在內的狹小空間內的火災。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機器人，可以遠距離控制，能夠在凹凸不平的地形上移動。以上只是眾多例子中的兩個。

提要

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

研發的消防機器人的結構類似于一條龍，其身體由一根長長的柔性水管組成，中間和末端各有一個噴嘴裝置，另外還有一個帶廣角鏡頭的攝像頭和一個熱像儀。

在未來，可以想象的場景包括成隊的飛行消防機器人，它們不僅能在各種室內環境中滅火，還能在發生地震和其他自然災害時拯救生命。

制造消防機器人：從地面干預到空中干預

近年來，無人機也被用于滅火，尤其是撲滅森林火災。一些公司甚至開發了無人機，用于撲滅超高建筑中的火焰。然而，正如 2023 年 12 月 23 日發表在《機器人學與人工智能前沿》（Frontiers in Robotics and AI）雜志上的研究報告《可遠程控制的 4 米長空中軟管型滅火機器人的開發》（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，飛機上連接的水管可能會干擾室內的物體，產生可怕的 "阻力效應"。

在這篇文章中，來自日本秋田、東北和大阪大學的研究小組特別介紹了他們如何將用于建筑物滅火的機器人的特點與用于滅火的無人機的特點結合起來，設計出一種能夠飛行的機器，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

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

不過，與過去的消防機器人和無人機相比，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結構中的噴嘴組進行操控，從而使其能夠準確地通過建筑物的窗戶潑水。其次，機器人必須能夠以足夠的推力升空，以支撐消防車的全部負荷。

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

最近，"Dragon"在 "ImPACT 強悍機器人挑戰賽 "上進行了小規模滅火演示測試，燃燒面積約為 3.27 平方米。

"Dragon"在模擬火災中飛過 1.5 米高的縫隙（相當于窗框），撲滅窗外的火焰。研究小組指出："盡管測試顯示了所開發機器人的潛力，但該系統還不夠完善，因為它缺乏遠程操作和控制。

樓宇滅火機器人：遠程操作正在研究中

說到樓宇滅火機器人，日本研究人員設計的系統可以進行遠程操作和管理，因此操作人員只需操作一系列自動裝置，就可以在任何地點對火焰進行干預。他們特別指出：

他們特別指出："通過啟動噴嘴裝置的適當姿態，Dragon FireFighter 可以實現不同的優化性能。例如，在演示過程中，當噴嘴位置在飛行過程中為零時，龍形機器人的表現更好"。

不過，未來該團隊計劃修改飛龍的身體形狀，以便根據機器人頭部所需的噴嘴位置，實現中央噴嘴的最佳位置。

另一個問題涉及飛行裝置的調整，最終必須使用 "更先進的控制器來抑制飛龍身體的擺動，取代其被動裝置"。

作者解釋說，"問題的關鍵在于，'被動阻尼'裝置能有效穩定飛行，但其調整非常耗時。另一方面，為了加快速度，我們發現流水和干擾抑制控制器都能夠抑制較高的模態振蕩。

未來研究

與地面機器人和無人機不同，"龍消防員 "系統只是飛行機器人的早期模型，設計用于建筑物內的消防作業。因此，它的結構和功能都有待改進。

例如，據觀察，水管主體的物理特性會隨著熱條件的變化而改變。以至于在 ImPACT 強悍機器人挑戰賽的消防演示中，即使控制方式相同，消防員龍也無法在保持實驗室測試時的形態的情況下升空。

研究小組認為，這一現象與演示前的漫長等待時間內陽光直射導致管子材料過熱有關。其結果是管體發生塑性變形，進而改變了其物理特性。研究小組總結說，今后應選擇對溫度不太敏感的材料來解決這一問題。

樓宇消防機器人：對可能出現的情況的預測

二十年后，類似上述的飛行機器人系統將出現在著火的建筑物附近進行滅火，它不會取代消防隊等專業人員，而是保護他們遠離危險，使他們的工作量更加精簡和靈活。這就是我們的目標。

今天，我們可以預見到 2024 年的未來情景，我們可以想象成飛行消防機器人艦隊，在最多樣化的室內環境中滅火，而在這些環境中，由于明顯的結構特點，無人機是無法進入的。

除了滅火主題，我們還想到了其他類型的緊急情況和災難，包括地震，以及能夠進行遠程管理干預以拯救生命的飛行機器人。