I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno utilizzato un sistema di rilevamento e raggio laser (LADAR) per acquisire immagini di oggetti tridimensionali (3D) che si sciolgono in fiamme. Il metodo potrebbe offrire un preciso, modo sicuro e compatto per misurare le strutture mentre collassano in caso di incendio.

Misurazioni della portata ottica, già utilizzato nella produzione e in altri campi, può aiutare a superare le sfide pratiche poste dagli incendi strutturali, che sono troppo calde per essere misurate con sensori elettromeccanici convenzionali montati sugli edifici.

Come descritto in ottica , la dimostrazione del NIST ha utilizzato un sistema LADAR commerciale per mappare le distanze degli oggetti che si sciolgono dietro le fiamme che hanno prodotto quantità variabili di fuliggine. L'esperimento ha misurato superfici 3D con una precisione di 30 micrometri (milionesimi di metro) o meglio da 2 metri di distanza. Questo livello di precisione soddisfa i requisiti per la maggior parte delle applicazioni di ricerca antincendio strutturale, secondo la carta.

La dimostrazione del NIST si è concentrata su pezzi di cioccolato e un giocattolo di plastica.

"Avevamo bisogno di qualcosa che non si sciogliesse troppo velocemente o troppo lentamente ma si vede comunque un effetto, " ha spiegato la responsabile del progetto Esther Baumann. "E mi piace il cioccolato".

LADAR offre diversi vantaggi come strumento per l'imaging attraverso le fiamme. La tecnica è molto sensibile ed è in grado di riprendere oggetti anche quando nelle fiamme sono presenti piccole quantità di fuliggine. Il metodo funziona anche a distanza, da una distanza sufficiente per proteggere l'apparecchiatura dall'intenso calore di un incendio. Inoltre, lo strumento può essere compatto e portatile, affidandosi a fibre ottiche e semplici fotorivelatori.

"Il progetto è nato in modo un po' fortuito quando abbiamo avuto 'persone del fuoco' che parlavano con 'persone dell'ottica, '" ha dichiarato l'ingegnere strutturale del NIST Matthew Hoehler. "La collaborazione non è stata solo fruttuosa, è stato divertente."

Nel sistema di mappatura 3D, un laser percorre continuamente una banda di frequenze ottiche. L'uscita laser iniziale è combinata con la luce riflessa dal bersaglio. Vengono rilevati i segnali di "battito" risultanti, e questa tensione viene quindi analizzata dall'elaborazione del segnale digitale per generare dati di ritardo, equivalente alla distanza. (La differenza di frequenza tra il segnale iniziale e quello ricevuto dal bersaglio aumenta con la distanza.)

I ricercatori hanno applicato con successo LADAR per misurare e mappare "nuvole di punti" 3D (i punti sono i "voxel" che costituiscono un'immagine) anche in un ambiente di fuoco turbolento con forte dispersione e distorsione del segnale. Per confronto, il team ha anche realizzato video del cioccolato mentre si scioglieva e immagini di uno scheletro di plastica più complesso.

Per il cioccolato fondente, ogni telaio LADAR era composto da 7, 500 punti sufficienti per catturare il processo di deformazione del cioccolato. Lo scheletro di plastica era appena visibile nel video convenzionale, ma la nuvola di punti 3D ha rivelato forme complesse altrimenti nascoste dietro le fiamme:dettagli della cassa toracica e dei fianchi.

I ricercatori hanno determinato che il sistema LADAR era abbastanza veloce da superare le distorsioni del segnale, e che le deviazioni del raggio laser dovute alle fiamme potrebbero essere compensate facendo la media dei segnali nel tempo, per mantenere un'elevata precisione.

Gli esperimenti iniziali sono stati condotti con fiamme larghe appena 50 millimetri su bruciatori da laboratorio presso l'Università del Colorado Boulder. I risultati preliminari suggeriscono che la tecnica LADAR potrebbe essere applicata a oggetti e incendi più grandi. Il team del NIST ora prevede di ampliare l'esperimento, primo a realizzare immagini 3D di oggetti attraverso fiamme larghe circa 1 metro e, se funziona, per fare osservazioni quantitative di incendi strutturali più grandi.