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清理核废物的尖兵:机器人

中国核网 2018-12-05 14:40:31

仔细看看本田的Asimo机器人,人们就会被它给迷住。它优雅地从人们身边走过,替人们拧开瓶盖或是倒上茶水,Asimo机器人似乎无处不在。所以,当2011311日,9.0级地震和海啸袭击日本福岛第一核电站时,会有Asimo机器人的粉丝发推特说:“为什么不把Asimo机器人派去清理对于人类来说辐射太高的4号反应堆内部呢?”

如果是这样就好了。在事故发生后,工程师们需要很快地了解到反应堆的损坏情况和核电站内的辐射水平,这些数据都可以由机器人来采集。不幸的是,无论是只限于在办公楼里运作Asimo机器人,还是日本其它引以为豪的机器人,都不能应对复杂的、遍布残骸的福岛核电站带来的挑战。核电站的运营商,东京电力公司(TEPCO),不得不使用美国军用级的机器人,如iRobot公司的510 PackBot,才能进入核电站调查。直到20116月,事故发生2个月后,才有一台叫Quince的改装过的日本机器人进入了核电站的废墟。

“当福岛事故发生时,日本居然没有机器人能够有效参与进救援过程,这使我十分震惊。”来自旧金山的Frederik Schodt说。他是《机器人王国:日本,机电一体化,以及未来的机械战士》的作者。“这都要让我流泪了。”

福岛事故五年后,终于有一大批机器人要进入已经成为废墟的核反应堆了。它们将要执行一个艰巨的任务:清理并拆除核反应堆。机器人专家开发能做特定任务的机器人上屡屡受挫,如要制造出这样能够清理并拆除熔融核反应堆的机器人。但是他们知道,这样的机器人必须有很强的适应性。“我们必须对一些不可预见的情况作出准备。”日本东北大学的机器人专家Satoshi Tadokoro说。他领导开发了Quince

尽管日本在上世纪80年代就开始开发核电站专用的机器人,但是现代日本机器人专家的仍然难以开发出这样的机器人。第一个机器人是AMOOTY,在1985年由东芝和东京大学的研究人员制造出来。它有辐射硬化的履带牵引装置可以爬楼梯,并在模拟发电厂中进行操作。1999年,东海村的铀处理设施在事故中,有两名工人遇难,并也造成了环境污染,但是当时AMOOTY被认为还在实验阶段,所以没有投入使用。

东海村事故后几年,日本开发了其它适用于处理核事故的机器人,并进口了Menhir,它由法国Cybernetix公司开发,配备了辐射屏蔽外壳、相机和机械手。但在福岛核事故之前,东京电力公司和其他行业的测试人员认为它们太大,速度慢,效率低。政府的资金耗尽,Menhir变成了东北大学校园内的摆设。根据《亚太日报:聚焦日本》的资料,其它机器人都被闲置或拆解了;对于核电站过度自信,以及缺少长期的资金使这个项目搁浅了。

2011311日的事故之后,机器人的第一项任务是调查核电站损坏情况、辐射水平,以及当地如温度和湿度等一些变量——那些地方对人类来说太危险了。PackBot机器人检查了1号和3号机组反应堆建筑的地面层,发现最高有每小时几十毫希沃特(mSv)的辐射量。人类在这种地方待不到一天受到的辐射量就会超过一年的安全辐射量——250毫希沃特。东京电力公司的人员使用由PackBots和两台iRobot 710 Kobra机器人绘制的辐射量和温度图,计划出了突入反应堆受辐射量最小的路线,麻省iRobot公司的副总裁 Tim Trainer说。


但是,反应堆有结构复杂的地面和上层建筑物,那里有很多楼梯和厚厚的混凝土墙,是机器人的移动性能和无线通信性能的巨大挑战。iRobot机器人无法爬上不稳定的楼梯,转弯也不是很容易。人们明白,这需要更加强大的机器人。东京电力公司和政府联系了千叶工业大学和东北大学的机器人专家。他们立刻改装出了Quince,它是一台有履带的机器人,能上楼梯,越过残骸。它装备有两个摄像头,一个辐射量计量计,以及数百米长的电力和通信电缆。Quince检查了2号反应堆机组的上部楼层。之后有两台被称为“迷迭香”和“樱花”的更复杂的机器人,也进入了反应堆进行调查。樱花起通信中继器的作用,而迷迭香配备了英国开发的系统,它结合使用了辐射计量器,鱼眼相机和激光测距仪,来绘制出三维的辐射图。

到现在为止,研究人员已经开发了十多个机器人,来更近距离地检查核电站的内部。因为不断需要注入水冷却受损的反应堆核心,一些机器人就能漂浮或游过建筑物内部的水池。两台蛇形机器人爬过48米高的排污管道,进入1号反应堆机组,确定熔化的燃料质量状态。根据东京电力公司的资料,虽然其中一个在去的路上卡住了,但是它们仍然带回来的珍贵视频和辐射剂量信息。在黑暗、布满气体的室内,机器人测出,在一些区域辐射量高达每小时25西弗特——足以在一分钟内把人杀死。

制造商正在开发可以解决具体停运工作的机器人。例如,东芝开发的机器人,能通过喷射干冰来清理污染物,检查是否有泄漏的排气管,清理3号反应堆中由于氢气爆炸而盖住了核燃料棒的碎片。本田在Asimo的关节稳定技术的基础上,开发了新的机器人,它可以竖直抬高7米,来检查楼上的核反应堆。“根据各自的任务和核电站损毁的情况,每一台机器人都是不同的。”东京国际研究所的核清理部门的发言人Tomohisa Ito说。那是一个由核电站公司联合组成的组织,旨在开发出新的技术,来清理福岛核电站的污染。

“在福岛事故中,机器人很慢才介入救援带给人们一个教训。”2012年到2015年领导美国国防高级研究计划局机器人挑战赛、现在加入丰田的人工智能实验室的一位工程师Gill Pratt说,机器人专家需要开发出应对紧急情况的机械,可以不用专门训练或适应就能直接进行再次开发。“福岛的教训,”Pratt说,“告诉我们灾害往往是瞬息万变、难以预测的事件,能有效干预的时间范围是很短的。”在未来的核事故中,机器人和开发人员们都要变得能够更加灵活应对。至少在福岛事件中,他们都已经在努力进步了。


来源:译言网

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