東北大学など、水を噴射し空中に浮上する消火ホース「ドラゴンファイヤーファイター」を開発

開発したドラゴンファイヤーファイター初号機

東北大学などによる研究グループは2018年5月30日、水を噴射して空中に浮上し、建物内に突入して、火元を直接消火できる空飛ぶ消火ロボット「ドラゴンファイヤーファイター」のプロトタイプの開発に成功したと発表した。内閣府の革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）において、災害現場で仕事ができる屋外ロボットの開発を目指す「タフ・ロボティクス・チャレンジ」の一環となる研究だ。

火災現場での消火は迅速に行うことが重要である一方、作業に従事する消防士にとっては生命のリスクを伴い、大規模な火災では消防士が建物内で消火活動を行うことは困難となる。同研究グループでは、ロボットを用いて火元に直接水を運ぶことができれば、消火作業を安全に迅速化できると考え、水の噴射による推力を用いてホースを浮上させ、空を飛んで火元に直接到達して消火するというアイデアの実現を目指してきた。

今回開発した消火ロボットは、柔軟なホースの胴体に複数のノズルモジュールが配置され、水が高速で噴射される。この水噴射の反力によって消火ホースが浮上し、進行方向を選択できる。水噴射は環境を冷却してホース自身を保護し、火を消火するためにも使われる。複数のノズルモジュールを搭載することで、ホースが長くなっても浮上できる。

この消火ロボット実現のために、大きく2つの技術要素が開発された。1つは安定浮上のための制御技術で、ホースの姿勢に応じて噴射方向と噴射力の制御を行う技術だ。例えば、先端の水の噴射方向をホースに対して固定すると、噴射力の増大とともにホースは暴れてしまう。そこで今回、安定浮上のために力の方向を重力方向に対して一定にする制御方法を考案し、数理モデルで妥当性を検証した。あわせて、ホースの振動を抑制する効果を向上させるため、ホースの形状変化に応じて力の大きさを変えている。

振動抑制のためにはさらに、消火ホースの胴体に沿ってワイヤを這わせている。このワイヤはホースの根本でプーリーを介して折り返して先端で固定されており、ホースの胴体の形状変化とともにプーリーが回転して抵抗を発生し、振動を抑制する。

制振機構の構造

もう1つの技術は、ロボットを安定浮上させるためのノズルモジュールの開発。ノズルの噴射方向を小さな流路抵抗で変化させられる軽量で柔軟なノズルを新たに開発した。この噴射方向可変のノズルを複数組み合わせることで、ノズルモジュールで得られる合力の大きさと方向が制御可能となった。このノズルモジュールは胴体内部のホースから分岐して水を確保できるため、ノズルモジュールを増やすために水ホースを増やす必要がなく、長尺化が容易だ。

噴射方向可変のノズルモジュール

今回開発した消火ロボットは、全長約3m、2つのノズルモジュールを搭載している。先端には状況を確認するためのカメラと熱カメラも搭載した。根本を固定した場合に、およそ根本の高さと同じ高さまで浮上し、先端を左右に1.5m程度動かして火元にターゲットを定めることができる。消火実験では、ドラム管内部の炎を1分程度で消火できた。

今後、ノズルモジュールを増やすことによるホースの長尺化、ノズルモジュールの小型化、耐火性能の付与、消火性能の向上など、実用化を目指した研究を進め、3年以内に、現実の燃焼建物に近い環境下で実用性の確認を行う予定だ。

東北大学など、水を噴射し空中に浮上する消火ホース「ドラゴンファイヤーファイター」を開発