カーネギーメロン大学、山火事対策に自律型ドローンを開発
カーネギーメロン大学ロボット工学研究所（以下、RI）の研究者らは、何千エーカーにも及ぶ可能性があり、天候によって方向や強さが急激に変化する山火事の状況認識を消防士に提供できる自律型ドローンを開発している
昨年の夏、ピッツバーグやその他の米国の都市に漂った茶色の煙霧は、ほとんどの住民にとっては単に不快なものに過ぎなかったが、カーネギーメロン大学ロボット工学研究所（RI）の研究者にとっては、山火事対策にドローンを開発している理由を思い出させるものとなったという。
この煙はカナダで記録的な山火事によって発生した。この夏の間に、山火事はノースダコタ州とほぼ同じ面積を焼き尽くし、消防士4人を含む少なくとも6人が死亡した。
最近コンピューターサイエンス学部でロボット工学の修士号を取得し、現在は博士号取得を目指しているアンドリュー・ジョン氏は、自律型ドローンは、数千エーカーに及ぶことがあり、天候によって方向や強さが急激に変化する火災の状況認識を消防士に提供してくれると期待している。濃い煙の中を見通して見通すことは、消防士が直面する多くの課題の1つであり、ドローン使用の障害となっている。
ジョン氏：現場の状況は数分のうちに変化する可能性がある。 山火事に関するリアルタイムの情報がより良くなれば、消火戦術が改善され、火災科学の理解が深まり、火災の進路に巻き込まれた消防士やその他の人々の命が救われる可能性がある。 現在、山火事の消火活動に使用されている軍用ドローンは、樹木よりはるかに上空を飛ぶ高高度機です。 煙が透けて見えないので低空飛行はできません。私たちは樹木の真上、あるいは樹冠の下を飛びたいのです。
ドローンが樹冠の下を飛ぶことで、消防士は遠隔でアクセスルート、避難ルート、火災現場の危険箇所を地図に描くことができるようになるという。
煙の中に隠れた枝や電線などの障害物を避けるため、ドローンは複数のセンサー（長波赤外線カメラ、可視光カメラ、レーダー）と、不完全な情報を解釈する人工知能技術を組み合わせている。
ジョン氏：このアプローチは煙の中を進むのに使えるだけでなく、家屋やその他の建物、周囲の植物、建物の材質まで含めた「煙を除去した」3D 再構築も提供できる
これにより、消防士は建物の優先順位を決め、限られたリソースを最も救われる可能性が高い建物に集中させることができる。現在、消防士はそのような評価を直接、間近で行わなければならず、命の危険にさらされているという。
ジョン氏は、RIのセバスチャン・シェラー氏、カティア・シカラ氏、イオアニス・キオウレカス氏が率いる研究チームの一員であり、同チームは米国農務省と国立科学財団の支援を受けてドローンを開発している。
カリフォルニア州サンバーナーディーノ郡消防局で27年間勤務した後に退職し、CMUグループと協力する2代目消防士のジョシュ・ウィルキンス氏は、次のようにコメントする。
消防用ドローンの必要性は非常に大きい。通常、8～12時間のシフトを開始する消防士には、12時間前に火災が発生した場所を記した紙切れが渡される。
このような古い情報では、消防士が直面している戦場の状況を十分に理解できず、効果的な消火活動が困難になる。また、消防士の命を危険にさらす可能性もある。
ウィルキンス氏：私は、実行可能な情報の欠如により亡くなった多くの人々の埋葬を手伝ってしまった。
消防士の死亡事例として最もよく知られているのは、2013年にアリゾナ州で発生したヤーネルヒル火災である。この火災では、突然の気象パターンの変化により避難経路が遮断され、グラナイト・マウンテン・ホットショットの隊員19人が死亡した。
CMUチームの作業は、主任研究者の独自の専門知識を活用している。ロボット工学准研究教授のScherer氏は、船上の火災を消火するために煙の充満した通路を移動できるドローンを開発するプロジェクトを指揮したほか、地下を移動できるロボットを製作したCMUのDARPA Subterranean Challengeチームを率いていた。
Edward Fredkin研究所のSycara教授は、ロボットがチームで協力して作業できるようにするシステムの開発で専門知識を提供し、ロボット工学准教授のGkioulekas氏は、新しい画像およびセンサーシステムを専門としている。
ジョン氏：ドローンが樹冠の下で高速飛行できることは重要だが、賢く飛行することも重要だ。経路探索は捜索救助活動にも応用できる。
だからこそ研究者たちは、どの飛行経路が最も多くの情報をもたらすかを判断する、有益な経路探索に取り組んでいるのだ。
同様に、山火事ドローンに必要な他の技術の多くは、ロボット工学においてより幅広い用途がある。
ジョング氏によると、同グループはペンシルバニア州狩猟委員会と協力し、同委員会が狩猟地の管理に使用している計画的焼却中に自社の技術を評価している。同グループは焼却中に熱画像カメラをテストし、火災現場付近の車両や作業員を追跡することに成功した。
同グループはまた、火災の熱画像を模倣したコンピューターシミュレーションを使用してドローンを訓練するほか、キャンプファイヤーを点火したり、煙発生装置を使用して航行能力を評価したりしている。
ジョン氏：木々の間を飛ぶだけでなく、何が起こっているかを3Dで再現し、基本的にはデジタルツインとして提供したいのです。 この再現により、消防士は危険に身をさらすことなく、アクセスルート、アンカーポイント、自然の防火帯、ホットスポット、燃え上がりを特定し、より迅速に環境を探索できるようになります。
ドローンは、風、湿度、一般的な気象条件のリアルタイム測定にも使用できる。
ウィルキンス氏は、森林火災前にドローンを使って情報収集することを計画している。ドローンを使って森林地帯を調査し、地形や樹冠下の植生の存在を把握することで、火災が発生した場合に消防士が消火計画を立てるのに役立つ。
ウィルキンス氏：何が燃えるのか、どのように燃えるのかを知ることは良いことだ。
しかし、そのような森林調査は時間がかかり、自動化なしでは実行が難しいという。
ウィルキンス氏：消防関係者は革新的な技術の導入に躊躇することが多く、ドローンは状況によっては危険を及ぼす可能性があることが経験上わかっている。
しかし、これらの新しいドローンの性能が最終的に消防関係者の支持を得ることになるだろうとウィルキンス氏は予測している。
ウィルキンス氏：特に消防署では、常に抵抗があります。しかし、これらのシステムに設計されている安全要素と、ドローンで収集できる優れたデータを見せれば、彼らを納得させることができると思います。
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