Mentre i fronti degli incendi avanzano attraverso paesaggi o comunità sul terreno, attaccano anche dall'alto, lanciando nell'aria raffiche di braci ardenti. Conosciuto anche come tizzoni, questi granelli di detriti in fiamme possono scivolare fino a 40 chilometri (circa 24 miglia) prima di atterrare e possono causare fino al 90% degli incendi domestici e aziendali durante gli incendi.

Le linee guida per respingere gli attacchi di brace sono scarse, in gran parte perché si sa così poco sul comportamento delle braci. Ma un nuovo strumento, soprannominato un emberometro, potrebbe offrire uno sguardo sulla loro vera natura. In un articolo pubblicato su Esperimenti sui fluidi , i ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) mostrano la capacità dello strumento di caratterizzare le dimensioni e la traiettoria delle braci, che possono fornire informazioni sul loro livello di minaccia. Con il nuovo strumento del NIST, gli ingegneri antincendio possono essere meglio attrezzati per proteggere gli edifici dalle braci e potrebbero produrre dati per supportare una guida economicamente vantaggiosa nei codici di costruzione.

Le condizioni pericolose in cui sorgono le braci e la loro natura apparentemente casuale hanno reso la loro misurazione una dura battaglia. Un approccio da seguire è stato quello di raccogliere la brace da pentole piene d'acqua, che consente ai ricercatori di contare e dimensionare le braci dopo che un incendio si è spento, ma dipinge tutt'altro che un quadro completo di ciò che accade durante le esposizioni alla brace, dove le strutture sono invase da detriti in fiamme.

Perché le braci agiscono in modo così irregolare, misurare come cambia il loro comportamento da un secondo all'altro mentre sono ancora in volo è cruciale. Lo specialista della combustione del NIST Nicolas Bouvet e i suoi colleghi hanno costruito il nuovo strumento proprio per fare questo.

L'emberometro è composto da un supporto metallico, a forma di H maiuscola su un lato, con fotocamere digitali point-and-shoot attaccate all'estremità di ciascuno dei suoi quattro bracci. I ricercatori lo hanno progettato per funzionare a più di un chilometro di distanza e hanno incorporato i suoi componenti elettronici in materiali ignifughi per rendere il sistema utilizzabile in condizioni di fuoco.

Attraverso un metodo noto come velocimetria di tracciamento delle particelle, l'emberometro utilizza i dati dalle sue quattro prospettive per tracciare il percorso di oggetti luminosi (come le braci) mentre passano attraverso uno spazio a forma di scatola di 2 metri cubi (più di 70 piedi cubi) davanti al dispositivo. Il sistema cattura anche le sagome di ogni brace da quattro diverse angolazioni e unisce le prospettive per ricostruire digitalmente le loro forme 3D.

L'emberometro ha reso breve il lavoro degli esperimenti iniziali, alcuni dei quali hanno testato la capacità del dispositivo di tracciare bastoncini di legno in fiamme fissati all'estremità di un braccio metallico rotante, e per stimare le dimensioni delle piccole sfere di plastica che i ricercatori hanno lasciato cadere davanti alle telecamere, disse Bouvet. Con i semplici test dietro di loro, la mossa successiva dei ricercatori è stata quella di scoprire se il dispositivo potesse mettere i numeri in una vera brace.

Nel National Fire Research Laboratory del NIST, uno spazio in cui gli esperimenti che coinvolgono fiamme intense possono essere condotti in sicurezza, gli autori hanno installato l'emberometro sottovento di un generatore di tizzoni in grado di produrre piogge di brace su scala più ampia.

In meno di un minuto, l'emberometro osservò centinaia di braci sfrecciare a velocità variabili da decine a centinaia di centimetri al secondo. Lo strumento ha tracciato le particelle in movimento e ha riprodotto le loro forme in 3D, come prima. I ricercatori hanno verificato il lavoro di dimensionamento dell'emberometro raccogliendo le braci cadute in pentole piene d'acqua durante l'esperimento e confrontando i pezzi di legno cosparsi con le loro controparti digitali.

"L'emberometro si confronta molto bene con ciò che viene raccolto direttamente nelle vaschette dell'acqua, " ha detto Bouvet. "Sono molto fiducioso per il monitoraggio, e per la taglia siamo soddisfatti."

A causa della quantità e della complessità dei dati acquisiti dall'emberometro, confrontare diverse esposizioni alla brace potrebbe essere una sfida, anche se i dati sono esatti. La soluzione dei ricercatori è un aiuto visivo chiamato rosa tizzone, che riassume i tratti di un'esposizione impacchettando in un grafico le informazioni sul numero e l'orientamento delle braci nello spazio e nel tempo.

I potenziali vantaggi dell'emberometro sono molteplici. Gli ingegneri potrebbero aggiungere profondità al pool superficiale di dati sulle esposizioni reali alla brace portando lo strumento all'aperto e anche usarlo per garantire che le braci prodotte in laboratorio corrispondano alle misurazioni sul campo.

In definitiva, esposizioni alla brace più realistiche potrebbero portare a una migliore ricerca sui materiali a prova di brace, potenzialmente portando a una migliore protezione delle strutture durante gli incendi boschivi.

Una maggiore ricerca all'aperto potrebbe rendere anche gli sforzi di mitigazione più convenienti, se i ricercatori che utilizzano gli emberometri collegano i livelli di minaccia della brace alle condizioni ambientali, come l'intensità della siccità o del vento. Questi dati potrebbero informare nuovi codici e standard edilizi che offrono ai professionisti della sicurezza antincendio una guida sulla scelta di un grado di protezione appropriato per le condizioni circostanti.

"Vogliamo essere in grado di guardare il tipo di carburante, topografia e meteo, e avere un'idea di quanto possa essere grave un'esposizione alla brace per una struttura, " Bouvet ha detto. "I codici di costruzione possono utilizzare queste informazioni per consigliarti su come indurire la tua struttura. Se sei da qualche parte nel mezzo di un campo d'erba, non sarà come se fossi circondato da alberi alti".

Il prossimo passo del team del NIST è dare al suo sistema un tocco di intelligenza artificiale. Poiché il dispositivo ha solo quattro occhi, non sempre riesce a distinguere ogni dettaglio della forma di un oggetto. Ma con l'apprendimento automatico, l'emberometro potrebbe riempire i punti ciechi, migliorandone le misure di ricostruzione dimensionale.

Subito dopo, i ricercatori hanno in programma di testare l'emberometro nei grandi spazi aperti, dove può affrontare le braci nate da veri, anche se controllati, incendi boschivi. Apprendendo lezioni sul campo, il team potrebbe rafforzare ulteriormente il suo design, preparando l'emberometro per un uso diffuso.