Công nghệ mới phát hiện và chữa cháy sớm

Sử dụng camera có AI chống cháy rừng

Tony Staffieri, Giám đốc điều hành Rogers Communications, công ty đứng sau sáng kiến mới, cho biết: “Biến đổi khí hậu là vấn đề toàn cầu. Thiết bị mới có thể phát hiện khói cách xa tới 20 km”. Camera AI phát hiện cháy rừng là một công nghệ tiên tiến và quan trọng được sử dụng để phát hiện sớm cháy rừng, cho phép phản ứng nhanh hơn và có các biện pháp giảm thiểu. Những camera này sử dụng thị giác máy tính và AI để nhận dạng các chỉ báo cháy rừng trong thời gian thực. Camera AI được đặt ở vị trí chiến lược ở những nơi như rừng, đồng cỏ hoặc gần đường dây điện dễ bắt lửa.

Để có phạm vi phủ sóng rộng hơn, chúng cũng có thể được lắp đặt trên tháp hoặc máy bay không người lái. Những camera này ghi lại hình ảnh hoặc video về môi trường xung quanh và thường sử dụng camera có độ phân giải cao có khả năng hồng ngoại, có thể phát hiện mọi nguồn nhiệt ngay cả khi chúng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Thuật toán AI sau đó được sử dụng để xử lý dữ liệu theo thời gian thực, phân tích cẩn thận các luồng ảnh hoặc video thu được.

Thuật toán này đã được đào tạo để xác định những mô hình và đặc điểm cụ thể có liên quan đến cháy rừng như khói, ngọn lửa hoặc sự thay đổi nhanh chóng về nhiệt độ. Sau khi phát hiện một đám cháy rừng tiềm ẩn, hệ thống camera AI tự động tạo cảnh báo và thông báo để gửi đến sở cứu hỏa và đơn vị ứng phó khẩn cấp. Những camera này có thể phát hiện đám cháy cũng như theo dõi mọi biến số môi trường bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió. Việc đưa ra quyết định sáng suốt trong khi chiến đấu với cháy rừng đòi hỏi phải sử dụng dữ liệu này để dự báo cháy rừng. Camera AI thường là một phần của hệ sinh thái lớn hơn bao gồm các loại công nghệ khác để giám sát và ngăn chặn cháy rừng.

Hệ thống camera AI do Rogers lắp đặt sẽ được khuếch đại hơn nữa bằng những thiết bị công nghệ cao khác. Staffieri bình luận: “Giai đoạn thứ hai là phòng chống cháy rừng. Chúng tôi đang lắp đặt mạng cảm biến SpaceX trên mặt đất để phát hiện mọi điều kiện đất đai cũng như điều kiện thời tiết cho phép chúng dự đoán trong thời gian thực nơi những đám cháy rừng này có khả năng bùng phát và điều cuối cùng là đảm bảo rằng những người ứng phó đầu tiên của chúng tôi sẽ có những gì họ cần để duy trì kết nối”.

Giám đốc điều hành cho biết, dự án sẽ bắt đầu ở British Columbia, nơi có nhu cầu cấp thiết, và sau đó sẽ mở rộng sang phần còn lại của đất nước. Ông nói thêm rằng công ty đang nỗ lực để đảm bảo rằng công nghệ thí điểm và thử nghiệm hoạt động hiệu quả trong bối cảnh có nhiều loại hỏa hoạn và địa lý cực kỳ khắc nghiệt của tỉnh. Công cụ mới sẽ cung cấp một hệ thống cảnh báo sớm giúp nhiều nhóm làm việc cùng nhau để ngăn chặn nhiều vụ cháy rừng hơn.

Robot “rồng bay” phun nước chữa cháy

Robot có tám tia nước có thể điều chỉnh ở khu vực trung tâm và đầu, với vòi cứu hỏa linh hoạt được điều khiển bởi bộ điều khiển trên xe đẩy có bánh kéo. Một nhóm nhà nghiên cứu ở Nhật Bản phát triển một loại thực thể robot mới có khả năng tham gia các đội cứu hỏa trên toàn cầu. Được thiết kế giống như “rồng bay”, những robot này được tạo ra để giải quyết những đám cháy được coi là quá nguy hiểm mà lính cứu hỏa không thể đối đầu. Kế hoạch thiết kế robot vòi chữa cháy trên không mang tên Dragon Firefighter (Lính cứu hỏa Rồng) đã được công bố chính thức trên tạp chí  Frontiers in Robotics and AI. Một nhóm nhà nghiên cứu từ phòng thí nghiệm của Giáo sư Satoshi Tadokoro tại Đại học Tohoku đã khởi xướng việc phát triển các robot bay. Theo nhóm nhà nghiên cứu, trong suốt các giai đoạn phát triển sơ bộ và đang diễn ra, nhóm đã cộng tác với nhiều chuyên gia cứu hỏa Nhật Bản để hiểu rõ hơn về các yêu cầu cụ thể của họ. 

Tiến sĩ Yuichi Ambe, đồng tác giả và trợ lý giáo sư tại trường Đại học Osaka, trong một tuyên bố, cho biết: “Ở đây chúng tôi trình bày nguyên mẫu của robot vòi cứu hỏa bay điều khiển từ xa dài 4 mét, được thiết kế để dập tắt đám cháy trong các tòa nhà một cách an toàn và hiệu quả bằng cách tiếp cận trực tiếp nguồn lửa”. Được đẩy lên độ cao 2 mét so với mặt đất, vòi cứu hỏa của “Lính cứu hỏa Rồng” dựa vào lực tạo ra bởi tám tia nước có thể điều chỉnh được nằm ở vùng trung tâm và đầu của nó.

Cấu hình của vòi phun rất linh hoạt, cho phép nó thích ứng và căn chỉnh theo hướng của ngọn lửa, được dẫn hướng bởi bộ điều khiển nằm trên xe đẩy có bánh đặt ở phía sau. Xe đẩy này được liên kết với một xe cứu hỏa được trang bị một bình chứa nước lớn 14.000 lít thông qua một ống cấp nước. Hoạt động với tốc độ 6,6 lít mỗi giây, các vòi phun ra nước với áp suất lên tới một megapascal. Ở đầu vòi được tích hợp sự kết hợp giữa camera truyền thống và camera chụp ảnh nhiệt, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nhận dạng và định vị đám cháy.

Theo nhóm nghiên cứu, sự tích hợp công nghệ này giúp nâng cao khả năng chữa cháy của “Lính cứu hỏa Rồng”. Nhóm nhà nghiên cứu tiếp tục nỗ lực cải tiến thiết kế của robot - ví dụ, nhóm nghiên cứu phát hiện cơ chế giảm chấn thụ động ban đầu, được thiết kế để giảm thiểu dao động trong cơ thể “Lính cứu hỏa Rồng”, tỏ ra không thực tế do thời gian chuẩn bị cho chuyến bay kéo dài. Ngoài ra, người ta quan sát thấy rằng nhiệt sinh ra từ đám cháy có thể gây ra biến dạng dẻo bất lợi trong ống lượn sóng, được sử dụng cho các ứng dụng ngoài trời, chứa cả ống nước và cáp điện. Nghiên cứu cũng trình bày chi tiết các cải tiến khác như “khả năng chống thấm tốt hơn, bộ phận vòi phun có khả năng xử lý phạm vi lực ròng rộng hơn và cơ chế cải tiến để phân luồng dòng nước. Nhưng những phát triển tiếp theo đang được thực hiện”, một tuyên bố cho biết.

Nhóm nghiên cứu ước tính rằng việc triển khai công nghệ chữa cháy robot trong những tình huống chữa cháy thực tế sẽ diễn ra trong thập kỷ tới. Thách thức quan trọng nhất nằm ở việc mở rộng phạm vi hoạt động của robot lên hơn 10 mét. Theo nhóm nhà nghiên cứu, việc giải quyết thách thức này và xây dựng các chiến lược chữa cháy hiệu quả phù hợp với khả năng độc đáo của robot sẽ là những khía cạnh then chốt trong quá trình phát triển liên tục của robot.

Dùng máy bay không người lái chữa cháy

Một nhóm nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Ấn Độ (IISc) sử dụng nhiều đàn máy bay không người lái để giải quyết những thảm họa thiên nhiên như cháy rừng. Cháy rừng đang ngày càng trở nên thảm khốc trên khắp thế giới, được đẩy nhanh bởi biến đổi khí hậu. Suresh Sundaram, Giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ thuộc IISc, cho biết: “Một đàn máy bay không người lái có thể là giải pháp”. Trong một nghiên cứu mới, nhóm của Sundaram đề xuất đưa công nghệ này tiến thêm một bước nữa: Các máy bay không người lái phối hợp từ nhiều đàn lao vào để dập tắt cháy rừng.

Sundaram nói: “Vào thời điểm ai đó xác định và báo cáo về một đám cháy, nó đã bắt đầu lan rộng và không thể dập tắt bằng một máy bay không người lái. Bạn cần phải có nhiều đàn máy bay không người lái có thể liên lạc với nhau”. Giải pháp là thiết kế một loại thuật toán đặc biệt cho phép bầy đàn giao tiếp với nhau cũng như đưa ra các quyết định độc lập.

Trong một kịch bản giả định, khi có cảnh báo về một đám cháy tiềm ẩn, nhiều đàn có thể được gửi đến - mỗi máy bay không người lái được trang bị camera, cảm biến nhiệt và hồng ngoại cũng như máy dò nhiệt độ để phát hiện đám cháy. Sau khi đám cháy được phát hiện, máy bay không người lái ở gần nó nhất sẽ trở thành trung tâm của đàn và thu hút những chiếc khác về phía nó. Điều thú vị là mỗi máy bay không người lái cũng sẽ có quyền tự chủ để tính toán quy mô và khả năng lan rộng của đám cháy, đồng thời quyết định cần bao nhiêu máy bay không người lái để dập tắt đám cháy. Sundaram bình luận: “Những quyết định này được thực hiện bởi máy bay không người lái. Chúng tìm ra cụm lửa nào sẽ lan nhanh hơn và phân bổ số lượng máy bay không người lái cần thiết để dập tắt đám cháy đó trong khi những chiếc khác tìm kiếm các cụm lửa khác”.

Thuật toán tìm kiếm dựa trên bầy đàn do nhóm phát triển là chìa khóa để kiểm soát hành vi của máy bay không người lái. Việc tìm kiếm lửa không thể ngẫu nhiên vì khu vực cần khám phá sẽ quá rộng lớn. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nhà nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ hành vi kiếm ăn của loài săn mồi biển - loài roi có tên là Oxyrrhis marina. Josy John, chuyên gia tại Khoa Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ và đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu, giải thích: “Khi tìm kiếm thức ăn, trước tiên nó phải thực hiện các bước dài hơn để khám phá khu vực. Khi cảm thấy đã đến gần nguồn thức ăn hơn, nó sẽ giảm độ dài bước và sau đó bắt đầu khám phá khu vực chi tiết hơn.

Nhóm đã quyết định kết hợp hành vi này vào thuật toán của họ. John cho biết thêm: “Các cảm biến nhiệt độ trong máy bay không người lái tìm kiếm giá trị ngưỡng tối thiểu. Khi đạt đến giá trị đó, máy bay không người lái sẽ giảm bước tìm kiếm vì đám cháy đang đến gần”. Sundaram chỉ ra rằng lợi thế của việc sử dụng máy bay không người lái là việc ra quyết định được phân cấp, dựa trên dữ liệu và nhằm đạt hiệu quả tối đa. Số lượng máy bay không người lái cần thiết sẽ được chỉ định cho một cụm lửa, cho phép những chiếc khác phân tán đi tìm kiếm những cụm khác.

Nhóm nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các thành phần cụ thể của phương pháp này - chẳng hạn như tính năng phát hiện cháy được hỗ trợ bởi AI bằng camera nhiệt và cơ chế giảm trọng tải chính xác để triển khai bình chữa cháy. Trong tương lai, họ có kế hoạch kết hợp những đàn máy bay không người lái như vậy với các phương tiện mặt đất không người lái có thể chở tài nguyên và đóng vai trò là trạm tiếp nhiên liệu. Những đàn máy bay không người lái như vậy cũng có thể hữu ích trong mọi thảm họa thiên nhiên khác - như lũ lụt và động đất - để xác định vị trí những người sống sót, cung cấp nước, thực phẩm và thuốc men cũng như tăng cường giao tiếp.