当野火前沿穿过地面的景观或社区时，它们也会从上方发起攻击，向空中发射一连串炽热的余烬。这些燃烧的碎片也被称为火种，在着陆前可以滑行长达 40 公里(约 24 英里)，并且在野火期间可能导致多达 90% 的家庭和企业火灾。
关于抵御 ember 攻击的指南很少，主要是因为对 ember 的行为知之甚少。但是一种被称为余烬计的新仪器可以让我们一瞥它们的真实本质。在发表在《流体实验》上的一篇论文中，美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的研究人员展示了该工具表征余烬大小和轨迹的能力，这可能有助于深入了解其威胁程度。使用 NIST 的新工具，消防工程师可以更好地保护建筑物免受余烬的侵害，并可以生成数据以支持建筑规范中具有成本效益的指导。
余烬出现的危险条件及其看似随机的性质使测量它们成为一场艰苦的战斗。一种首选方法是从装满水的盘子中收集余烬，这使研究人员能够在火灾熄灭后对余烬进行计数和估算，但它描绘的远非完整的图像暴露在余烬暴露期间发生的情况，其中结构是被燃烧的碎片所包围。
由于余烬的行为如此不稳定，因此在它们仍然悬空时，测量它们的行为如何从一秒变为下一秒是至关重要的。NIST 燃烧专家 Nicolas Bouvet 和他的同事建造了新仪器来做到这一点。
余烬计由一个金属支架组成，它的侧面形状像一个大写的 H，在它的四个臂的每一个末端都装有傻瓜型数码相机。研究人员将其设计为可在超过一公里外操作，并将其电子元件嵌入防火材料中，使该系统可在火热条件下部署。
通过一种称为粒子跟踪测速的方法，余烬计使用来自四个角度的数据来追踪明亮物体(例如余烬)通过 2 立方米(超过 70 立方英尺)盒子时的路径设备前面的形状空间。该系统还从四个不同的角度捕捉每个余烬的轮廓，并融合视角以数字方式重建它们的 3D 形状。
余烬计在最初的实验中做了一些简短的工作，其中一些测试了该设备跟踪固定在旋转金属臂末端的燃烧木棍的能力，并估计研究人员落在相机前的小塑料球的大小，布韦说。通过简单的测试，研究人员的下一步是确定该设备是否可以将数字放入真实的余烬中。
在 NIST 的国家火灾研究实验室——一个可以安全地进行涉及强烈火焰的实验的空间——作者在能够产生更大规模余烬淋浴的火痕发生器的顺风处设置了余烬计。
在不到一分钟的时间里，余烬计观察到数百个余烬以每秒数十到数百厘米的速度快速移动。该工具跟踪移动的粒子并像以前一样以 3D 形式再现它们的形式。研究人员通过收集在实验过程中落入充满水的盘子中的余烬并将浸过的木块与其数字对应物进行比较来检查余烬计的尺寸工作。
“余烬计与直接在水盘中收集的相比非常好，”布韦说。“我对跟踪非常有信心，我们对尺码感到满意。”
由于余烬计捕获的数据的数量和复杂性，比较不同的余烬暴露可能是一个挑战，即使数据是准确的。研究人员的解决方案是一种称为火炬玫瑰的视觉辅助工具，它通过将有关余烬在空间和时间中的数量和方向的信息打包成一个图表来总结暴露的特征。
余烬计的潜在好处是多方面的。工程师可以通过将工具带到户外来增加有关真实余烬暴露的浅层数据池的深度，并使用它来确保实验室中产生的余烬与现场测量结果相匹配。
最终，更真实的余烬暴露可能会导致对防余烬材料的更好研究，从而有可能在野火期间更好地保护结构。
如果使用余烬计的研究人员将余烬威胁水平与环境条件(例如干旱或风的强度)联系起来，那么更多的户外研究也可以使缓解工作更具成本效益。这些数据可以为新的建筑规范和标准提供信息，为消防安全专业人员提供选择适合周围条件的防护等级的指导。
“我们希望能够查看燃料类型、地形和天气，并了解灰烬暴露对结构的严重程度，”布韦说。“建筑规范可以使用这些信息来建议你如何加固你的结构。如果你在草地中间的某个地方，就不会像被高大的树木包围一样。”
NIST 团队的下一步是为其系统添加一点人工智能。由于该设备只有四只眼睛，因此不能总能分辨出物体形状的每一个细节。但是通过机器学习，余烬计可以填补盲点，改善其尺寸重建测量。
不久之后，研究人员计划在户外测试该余烬计，在那里它可以面对真正的——尽管是受控的——野火产生的余烬。通过在该领域吸取经验教训，该团队可以进一步加强其设计，为广泛应用做好准备。
