Die FireDrone ist eine hitzeresistente Drohne für Einsätze in Hochtemperaturbereichen und ermöglicht unter anderem Industrieinspektionen sowie sicherheitskritische Anwendungen. Entwickelt an der Empa und heute von einem Empa- und EPFL-Spin-off weitergeführt, verbindet sie spezialisierte Materialien mit robotischen Systemen, um Echtzeitdaten aus Umgebungen zu liefern, die für Menschen und konventionelle Drohnen nicht zugänglich sind.
Industrielle Anlagen wie Zementwerke, Stahlwerke, Raffinerien oder Kehrichtverbrennungsanlagen stellen besondere Anforderungen an Inspektionen. Hohe Temperaturen, laufende Prozesse und sicherheitskritische Bedingungen führen häufig zu langen Stillstandszeiten, bevor Kontrollen durchgeführt werden können. Die FireDrone setzt hier an, indem sie Inspektionen unter Betriebsbedingungen ermöglicht und damit Zeitverluste, Kosten und Energieverluste reduziert.
FireDrone bei Industrieinspektionen und sicherheitskritischen Einsätzen
Viele industrielle Produktionsanlagen müssen vor Inspektionen vollständig heruntergefahren und abgekühlt werden. Diese Stillstandszeiten dauern oft mehrere Tage und wirken sich direkt auf Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz aus. Die FireDrone eröffnet die Möglichkeit, visuelle und thermische Inspektionen bereits während des laufenden Betriebs durchzuführen.
David Häusermann, Empa-Forscher und Mitgründer des Spin-offs, beschreibt den Nutzen für industrielle Anwendungen so: „Eine Drohne, die Anlagen mit hohen Temperaturen schnell und unbeschadet abfliegen kann, bringt einen klaren Mehrwert.“ Besonders in grossen Industriehallen, Ofenanlagen, überdachten Förderstrukturen oder Tunneln lassen sich Inspektionsrouten effizient abdecken, ohne Personal zusätzlichen Risiken auszusetzen.
Neben Industrieinspektionen eignet sich die FireDrone auch für sicherheitskritische Lagen, etwa bei Störungen, unklaren Zuständen oder Brandeinsätzen. In solchen Situationen liefert sie frühzeitig Lageinformationen aus Bereichen, die für Einsatzkräfte schwer zugänglich oder gefährlich sind. Anwendungen bei der Feuerwehr ergänzen damit das Einsatzspektrum, ohne sich von industriellen Szenarien mit vergleichbaren Anforderungen an Temperaturbeständigkeit und Datenverfügbarkeit zu unterscheiden.
Fortschritte bei Isolation und Materialentwicklung der FireDrone
Konventionelle Drohnen sind für Temperaturen über etwa 40 Grad Celsius nicht ausgelegt. Bereits bei moderater Hitze können sich Materialien verformen oder elektronische Komponenten ausfallen. Die FireDrone hingegen ist für Einsätze bei Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius konzipiert und damit für industrielle Hochtemperaturumgebungen geeignet.
Diese Leistungsfähigkeit basiert auf einer patentierten Isolation aus ultraleichtem Aerogel. Das Material besteht aus luftgefüllten Poren, die von einem hitzebeständigen Kunststoff umschlossen sind und eine wirksame thermische Abschirmung ermöglichen. Gegenüber früheren Entwicklungsstufen wurde das Isolationssystem deutlich vereinfacht. Anstelle komplexer, glasfaserverstärkter Verbundstrukturen kommt heute ein reines Polyimid-Aerogel zum Einsatz.
„Wir können das Aerogel in dreidimensionalen Formen giessen und massgeschneidert an die Drohne anpassen“, erklärt Häusermann. Dadurch werden separate Hüllbauteile überflüssig, und empfindliche Komponenten lassen sich kompakt und durchgehend schützen. Ergänzt wird dies durch ein internes Temperaturmanagementsystem, das die Elektronik kontinuierlich kühlt und überwacht.
Die Materialentwicklung ist das Ergebnis jahrelanger Forschung an der Empa. Forschende um Shanyu Zhao optimierten die chemische Zusammensetzung des Polyimid-Aerogels, um hohe Wärmebeständigkeit mit mechanischer Flexibilität zu verbinden. Diese Eigenschaften sind entscheidend für den Einsatz der FireDrone in industriellen Umgebungen mit wechselnden thermischen Belastungen.
Echtzeitdaten für Anlagenüberwachung und Entscheidungsfindung
Für industrielle Anwendungen liefert die FireDrone hochaufgelöste Wärmebilder in Echtzeit. Eine integrierte Infrarotkamera überträgt thermische Daten direkt an die Fernsteuerung, sodass Zustände von Anlagen, Bauteilen oder Prozesszonen aus sicherer Distanz beurteilt werden können. Mehrere Personen können diese Informationen gleichzeitig auswerten und Entscheidungen vorbereiten.
Optional kann die FireDrone mit weiteren Kameras oder Sensoren ausgerüstet werden, etwa zur Messung von Umgebungstemperaturen oder zur Detektion von Gasen, die bei industriellen Prozessen oder Störfällen entstehen. Damit erweitert sich das Einsatzspektrum von der visuellen Kontrolle hin zur umfassenden Zustandsüberwachung.
Ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit, auch in geschlossenen Anlagen zu fliegen. Da in Produktionshallen, Tunneln oder Ofenbereichen kein GPS verfügbar ist, wurde die FireDrone gezielt für satellitenunabhängige Navigation entwickelt. „In vielen unserer Einsatzszenarien ist GPS nicht verfügbar. Deshalb entwickeln wir Pilotassistenz- und Lokalisierungssysteme, die auch ohne Satellitensignal stabil funktionieren“, sagt Fabian Wiesemüller, Empa-Forscher und Mitgründer des Start-ups.
Vom Forschungsprojekt zur industriellen Anwendung
Die FireDrone entstand in den Empa-Labors „Sustainability Robotics“ sowie „Building Energy Materials and Components“ und wird heute von einem Empa- und EPFL-Spin-off weiterentwickelt. Unterstützt wird das Team durch Förderprogramme wie Venture Kick, die Gebert Rüf Stiftung und den Innovations Booster Robotics.
Praxistests fanden bereits in industriellen Umgebungen statt, unter anderem im Zementwerk von Holcim in Siggenthal. Ergänzend wurde die FireDrone auf Trainingsgeländen erprobt, um den Übergang aus dem Labor in reale Einsatzbedingungen vorzubereiten. Langfristig ist eine mobile Andock- und Wartungsstation geplant, das sogenannte FireDrone Nest. Diese soll in industrielle Sicherheitssysteme oder Fahrzeuge integriert werden und eine automatische Landung, Sicherung und Einsatzvorbereitung ermöglichen.
Wiesemüller ordnet die Entwicklung ein: „Der Schritt vom Forschungsprojekt in die Praxis wäre ohne die jahrelange Unterstützung der Empa nicht möglich gewesen. Jetzt geht es darum, die Technologie in reale Anwendungen zu überführen.“