隨著全球核電應(yīng)用逐步推廣開來(lái)，核電安全問(wèn)題也受到越來(lái)越多的關(guān)注。雖然核電站的安全系數(shù)都非常高，但是意外往往并不為人知。所以，未雨綢繆發(fā)展核電應(yīng)急機(jī)器人就顯得很有必要了。
超強(qiáng)核輻射環(huán)境是人類的禁區(qū)，但卻往往有著人類不得不去完成的任務(wù)。
2017年2月，核電應(yīng)急機(jī)器人“蝎子”只身前往日本福島核泄露的核心區(qū)域。在那片禁地中，“蝎子”要執(zhí)行一系列調(diào)查取樣的任務(wù)。能承受強(qiáng)輻射的它，在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，還是以“犧牲”告終。
但人類在探索適應(yīng)核輻射環(huán)境下的特種機(jī)器人的道路，才剛剛開始。
中科院光電技術(shù)研究所(簡(jiǎn)稱光電所)有一支專門研發(fā)耐輻射裝備和機(jī)器人的團(tuán)隊(duì)。90年代，光電所成為國(guó)內(nèi)最早涉足這一領(lǐng)域的科研團(tuán)隊(duì)。如今，中國(guó)幾乎所有的核電站都在使用光電所研發(fā)的耐輻射機(jī)器人設(shè)備，它們會(huì)代替人們進(jìn)入核反應(yīng)堆內(nèi)部，完成一系列的特殊任務(wù)。
前不久，由光電所、西南科技大學(xué)及中物院聯(lián)合主持的項(xiàng)目“強(qiáng)輻射環(huán)境強(qiáng)適應(yīng)型機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”獲得了四川省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
許多人聯(lián)想到，如果機(jī)器人適應(yīng)強(qiáng)輻射，是不是就可以應(yīng)用于例如日本福田核泄漏一樣的事故?
事實(shí)上，光電所特種光電智能化裝備研發(fā)團(tuán)隊(duì)從2014年起就開始與大亞灣核電站開展對(duì)“核環(huán)境下應(yīng)急機(jī)器人”的聯(lián)合研發(fā)，一套能應(yīng)用于高輻射區(qū)域偵查救援的“應(yīng)急機(jī)器人”，已于2016年底正式亮相。
手在前 頭在后 它能抵御每小時(shí)100西弗的核輻射
這些小家伙并不龐大，最大的也不超過(guò)100公斤。一只靈巧的機(jī)械手臂高高懸起，可以上下左右靈活擺動(dòng)。眼睛大而萌，那是攝像鏡頭的所在。它的腳可以是幾只小巧的圓輪，也可以是兩條霸氣的履帶，隨時(shí)聽候主人的吩咐。不過(guò)它的大腦不同于任何機(jī)器人的族群，它的大腦在身子的后方，因?yàn)槟抢镒钚枰槐Ｗo(hù)。除去機(jī)器人主體身軀，其他的功能模塊，大多可拆可卸可拼接。比如只用“眼睛”，就可以不安裝“手臂”。
最重要的是，它所有的“器官”，都能在超強(qiáng)輻射的環(huán)境下正常工作。這些小家伙的工作場(chǎng)所，在核電站之中。
核電站通常每運(yùn)行18個(gè)月后會(huì)停堆大修，但很多環(huán)境，人進(jìn)不去，例如核反應(yīng)堆水池、乏燃料水池以及許多設(shè)備旁。但機(jī)器人可以代替人進(jìn)去完成相應(yīng)任務(wù)?？墒?，沒(méi)有好的耐輻射技術(shù)，機(jī)器人進(jìn)入強(qiáng)輻射區(qū)很快會(huì)就會(huì)停止工作，2011年福島核電事故中很多機(jī)器人就是因不能耐強(qiáng)輻射而很快癱瘓。
高耐輻射技術(shù)正是光電所的核心技術(shù)之一。在核電站中，光電所研制的機(jī)器人可以承受高達(dá)65度的高溫，同時(shí)抵御每小時(shí)100個(gè)西弗(Sv)的核輻射。而機(jī)器人攜帶的相機(jī)等傳感器，甚至可以抵御高達(dá)每小時(shí)10000個(gè)西弗(Sv)的核輻射。公開資料顯示，在平時(shí)生活中，做一次胸部CT掃描的輻射量在6-18毫西弗，當(dāng)人類一次性遭受4000毫西弗會(huì)導(dǎo)致死亡。
從技術(shù)上來(lái)講，高耐輻射并不是簡(jiǎn)單的選擇耐輻射材料，更多的是通過(guò)合理規(guī)劃?rùn)C(jī)器人各功能區(qū)的布局、分布設(shè)計(jì)電路并將傳感器主被動(dòng)加固等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。達(dá)到整體耐輻射，是一項(xiàng)綜合技術(shù)。
能“看”、能“抓”、能打磨 核電站體檢要靠它
核電現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器人有很多不同的功能，主要分為三類：一類負(fù)責(zé)攝像，將現(xiàn)場(chǎng)的情況實(shí)時(shí)傳輸，“直播”到操作人員手中;第二種負(fù)責(zé)水下任務(wù)執(zhí)行，進(jìn)行水下的異物打撈;還有一類是“特種作業(yè)”機(jī)器人，比如給現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械零件做一做切割、打磨之類的檢修。這些看似不難的舉動(dòng)，在強(qiáng)烈的核輻射環(huán)境中，若要人親自來(lái)完成，就成了大難題。機(jī)器人責(zé)任重大，它們成為了深入“禁地”的“孤膽英雄”。
比如在反應(yīng)堆內(nèi)部，反應(yīng)堆水池里是不允許有異物的。但是偶爾會(huì)掉落一些細(xì)小部件。曾經(jīng)人們使用過(guò)長(zhǎng)桿打撈，像魚竿，前面吊著攝像機(jī)鏡頭，伸進(jìn)水里四處撈，或者再吊個(gè)小重錘，外面包上一圈膠布，通過(guò)膠粘的方式打撈異物。結(jié)果很容易想象，剛粘起來(lái)一不留神又掉下去，掉到水底死角里，再要撈難上加難。
不過(guò)水下異物打撈機(jī)器人就聰明多了，不僅耐輻射、防水和耐高溫，它進(jìn)入水池后，通過(guò)自身視覺(jué)等傳感器，能迅速定位到異物，“眼神機(jī)敏”。隨后它會(huì)通過(guò)機(jī)械臂的爪手將異物夾取，并打撈出來(lái)，“手臂靈活”。若是打撈很小的異物，它還可以把機(jī)械爪手換成類似吸塵器的吸盤，輕松將異物吸出來(lái)。
要知道，在核電站里，一個(gè)反應(yīng)堆一小時(shí)的發(fā)電量約100萬(wàn)度，價(jià)值40萬(wàn)人民幣，一天就是一千萬(wàn)左右。核電站每18個(gè)月一次的“體檢”，通常需要20天到30天。通過(guò)機(jī)器人代替人進(jìn)行某些特種作業(yè)，能大大提高工作效率，同時(shí)也能更好的保護(hù)人免遭輻射。
截至目前，許多高校及科研機(jī)構(gòu)也在對(duì)耐核輻射機(jī)器人進(jìn)行研發(fā)，但光電所研發(fā)的水下高耐輻射機(jī)器人，仍是國(guó)內(nèi)唯一在核電站現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)的機(jī)器人。
未雨綢繆 國(guó)內(nèi)首套核環(huán)境下應(yīng)急機(jī)器人在中科院誕生
核輻射環(huán)境縱然聽起來(lái)有些嚇人，但離我們普通人的生活還是太遠(yuǎn)。幾年前，很少會(huì)有人將耐輻射的機(jī)器人與核輻射環(huán)境救援聯(lián)系起來(lái)，而發(fā)生在2011年的日本福島核泄漏事故，讓“機(jī)器人敢死隊(duì)”走進(jìn)了人們的視野。
從幾乎沒(méi)什么防核輻射能力的救援機(jī)器人進(jìn)入泄露區(qū)瞬間被“秒殺”;到后來(lái)加載了核輻射抵御指數(shù)的機(jī)器人“勇士們”逐一前往，有的堅(jiān)持了幾分鐘，有的堅(jiān)持了一個(gè)小時(shí)再“犧牲”。這些“英雄”般的機(jī)器人們，讓人們意識(shí)到一切都應(yīng)未雨綢繆。也正是福島的這一案例，讓一些技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家開始了對(duì)核輻射應(yīng)急救援類機(jī)器人技術(shù)的重視，從而開始了相關(guān)的研發(fā)工作。
我國(guó)也不例外。具備國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域最領(lǐng)先技術(shù)的光電所，從2014年起與大亞灣核電站開始聯(lián)合研發(fā)“核電應(yīng)急機(jī)器人”。該項(xiàng)目去年已經(jīng)在成都完成了初步研發(fā)工作，并成功做出了第一套共4個(gè)應(yīng)急機(jī)器人，目前已運(yùn)至大亞灣核電站。這是國(guó)內(nèi)目前誕生的第一套用于核電應(yīng)急的耐核輻射機(jī)器人。
當(dāng)然，我國(guó)在役的有近40個(gè)核反應(yīng)堆，每一個(gè)都具備極高的安全系數(shù)。在日本福島的核泄漏事故之前，包括日本在內(nèi)，幾乎各國(guó)都沒(méi)有系統(tǒng)研究過(guò)核輻射環(huán)境下的救援問(wèn)題。但是福島事件的影響一直延續(xù)到現(xiàn)在，各國(guó)都開始未雨綢繆，再安全的環(huán)境，也需要對(duì)應(yīng)急有所準(zhǔn)備，所以我國(guó)也開始開展相關(guān)的自主研發(fā)工作。這套應(yīng)急機(jī)器人隨時(shí)可以使用，一共4個(gè)機(jī)器人，平時(shí)裝在一個(gè)大集裝箱里，如果遇到需要使用的情況，可以隨整個(gè)集裝箱立刻拉走。
深入“絕境”的“特種部隊(duì)”
“應(yīng)急機(jī)器人”的造型，就像是普通核電站用的機(jī)器人的升級(jí)版。這一套4個(gè)型號(hào)的機(jī)器人，就像一支小小的特種部隊(duì)。它們主要分為水上工作和水下工作兩類，分工各有不同。
水下的機(jī)器人，一個(gè)在水底工作，一個(gè)懸停在水中工作如“潛艇”。它們將進(jìn)入反應(yīng)堆水池、燃料水池等等存在有強(qiáng)核輻射的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。陸上的機(jī)器人通常在距離控制器操作人員一兩百米范圍內(nèi)，接受操作人員的指揮調(diào)度。但是在應(yīng)急狀態(tài)下，操作人員必須在遠(yuǎn)離輻射區(qū)的幾公里外的安全區(qū)域，這時(shí)候的機(jī)器人就像一個(gè)孤獨(dú)的戰(zhàn)士，必須獨(dú)自前進(jìn)幾公里深入到核心輻射區(qū)域去執(zhí)行嚴(yán)峻的任務(wù)。
與其他的救援現(xiàn)場(chǎng)不同，其他救援現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備可以通過(guò)吊車、電梯等輸送到現(xiàn)場(chǎng)。而在輻射區(qū)中，機(jī)器人只能靠自己。因此，要完成這樣的現(xiàn)實(shí)要求，它首先被賦予了強(qiáng)大的“行進(jìn)能力”。它的爬坡、越障的能力超強(qiáng)，有復(fù)雜的履帶和輪軸設(shè)計(jì)，對(duì)它而言，上個(gè)臺(tái)階就是小意思。
另一方面，為了能夠時(shí)刻跟操作人員保持聯(lián)絡(luò)，保證信號(hào)不中斷，它們還承擔(dān)一個(gè)額外任務(wù)，就是每走一段路，就在沿途自行安裝一個(gè)“中繼器”。通過(guò)這個(gè)“中繼器”，它才能隨時(shí)將信息傳遞給操作人員。試想一下，一個(gè)沿路越過(guò)重重障礙的“孤膽英雄”，深入無(wú)人險(xiǎn)境，沿途安裝信號(hào)器來(lái)跟組織保持聯(lián)絡(luò)，代替人類完成種種艱難任務(wù)，何其英勇。
它們是一線“敢死隊(duì)” 現(xiàn)場(chǎng)偵查靠它們
機(jī)器人進(jìn)入到輻射區(qū)域后，有幾項(xiàng)重要的任務(wù)需要完成。首先，現(xiàn)場(chǎng)的情況要能實(shí)時(shí)傳遞到外面去，讓人們看到現(xiàn)場(chǎng)情形。同時(shí)，它們要在現(xiàn)場(chǎng)采集各類信息，比如濕度、溫度、核輻射的劑量率等，傳輸給幾公里外的操作人員。
再有，它們還需要采集現(xiàn)場(chǎng)“樣本”，帶出輻射區(qū)，交給操作人員。除此之外，它們甚至還具備一些救援操作的能力，比如開關(guān)、閥門的處理，比如在應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)安全門，這些都是比較艱巨的任務(wù)。這一系列的任務(wù)，都是“應(yīng)急救援”的一線工作，也是第一步，一切應(yīng)急的開端。
沒(méi)有第一手現(xiàn)場(chǎng)信息的掌握，所有的后續(xù)應(yīng)急方案，就無(wú)法科學(xué)制定，就無(wú)法對(duì)癥下藥。而核電應(yīng)急機(jī)器人，就是那可以第一時(shí)間深入前線的“敢死隊(duì)”。
