大自然的靈感:中國科學家受植物變色啟發研製新型火災預警設備

大自然的靈感:中國科學家受植物變色啟發研製新型火災預警設備

火災探測器能夠探測到煙霧或熱量,並及時發出報警信號,提醒人員及時疏散,能夠最大限度避免人身財產損失;若探測器因檢測失誤而報假警也會造成一定的破壞性。因此煙霧探測系統的及時性精準度是至關緊要的。

目前最可靠的火災報警技術是基於視頻的實時探測系統,基本原理是利用攝像機識別火災和煙霧的特徵像素,然而這種方法無法識別出火災的預燃階段。從安全角度來看,若能在預燃階段便能檢測出火災併發出警報,是最理想的檢測技術

自然界中一些生物體的顏色會隨溫度變化而變化。秋季葉子的顏色變化便是最熟悉的一個例子,當葉綠素分解代謝便會導致葉子從綠色逐漸變為黃色、紅色、橙色或棕色。來自四川大學國家生態高分子材料工程實驗室的一組研究人員便受葉綠素代謝的啟發研發了一種火災探測方法,熱量積聚導致溫度變化,進而顏色隨之改變,引發火災報警。(成果發表於ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS)

大自然的靈感:中國科學家受植物變色啟發研製新型火災預警設備

火災預警設計圖解

前體分子傳感器酞菁(phthalonitriles,PMS)轉變為耐熱酞菁( thermally stable phthalocyanines ,PCs)的轉變溫度為180℃。這個溫度遠遠高於大多數日常活動的環境溫度,但低於常見可燃材料(如木材和聚合物)的燃點。從酞菁到耐熱酞菁的轉變伴隨著由白到綠的明顯的顏色變化。

結合這種顯著的顏色變化,研究人員也設計了一種基於圖像識別算法的火災預警組件。與肉眼觀測相比,該算法大大縮減了火災預警組件的響應時間:若環境溫度到達275℃,20秒內便可觸發報警;若遇明火,則僅需三秒,因此這是一種非常可靠的火災實時預警系統,無論是火災預燃階段還是火災二次燃燒的情況均能有效探測。

大自然的靈感:中國科學家受植物變色啟發研製新型火災預警設備

裸眼觀測與圖像識別算法的響應時間對比


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