Des chercheurs développent une nouvelle approche pour la gestion des déchets nucléaires
Selon les données du Bureau de la responsabilité gouvernementale des États-Unis, le pays a accumulé à ce jour plus de 85 000 tonnes métriques de combustible nucléaire usé provenant des centrales commerciales, ainsi que 90 millions de gallons de déchets issus des programmes d'armement gouvernementaux.
Ce volume augmente rapidement. Chaque année, 2 000 tonnes métriques de combustible nucléaire usé s'ajoutent au total. L'élimination et le traitement des déchets nucléaires sont une tâche dangereuse, qui exige précision et rigueur. Des chercheurs du Centre national de robotique nucléaire, dirigés par le laboratoire de robotique extrême de l'Université de Birmingham au Royaume-Uni, cherchent des moyens de permettre aux humains et aux robots de travailler ensemble pour accomplir leur mission.
Les chercheurs ont conçu un système s'appuyant sur un robot industriel standard, équipé d'une pince à mors parallèles pour manipuler les objets, et d'une caméra 3D Ensenso N35 pour observer l'environnement. Le système mis au point par les scientifiques permet aux humains de prendre des décisions plus complexes, que l'intelligence artificielle ne sait pas prendre, tandis que le robot détermine la meilleure façon d'exécuter les tâches. L'équipe utilise trois modes de contrôle partagé.
Le premier est la semi-autonomie : l'humain prend les décisions à haut niveau, et le robot les planifie et les exécute. Le deuxième est l'autonomie variable : l'humain peut choisir de basculer entre les mouvements autonomes et les mouvements directs commandés par manette. Le troisième est le contrôle partagé : l'humain pilote à distance certains aspects de la tâche, par exemple le déplacement du bras du robot vers un objet, tandis que l'IA décide comment orienter la pince pour saisir cet objet au mieux.
Le robot est équipé d'une caméra 3D Ensenso, qui lui donne une vision spatiale comparable à celle de l'humain. Les caméras Ensenso fonctionnent grâce à deux caméras qui observent les objets depuis des positions légèrement différentes. Elles capturent des images au contenu similaire, mais montrant des positions différentes des objets.
Le logiciel Ensenso combine ces deux images pour créer un modèle en nuage de points de l'objet. Cette manière de percevoir le monde aide le robot à se déplacer avec davantage de précision.
« Le nuage de points est utilisé par notre système pour générer automatiquement plusieurs positions de préhension stables. Comme les nuages de points captés par la caméra 3D présentent une haute résolution et une forte densité, il est possible de déterminer avec une grande précision la position de préhension pour chaque objet. Sur cette base, notre « algorithme de classement des hypothèses » détermine le prochain objet à saisir, en fonction de la position actuelle du robot »
Les chercheurs du laboratoire travaillent actuellement à une extension du système compatible avec une main multidoigts à la place de la pince à mors. Ils travaillent également sur des méthodes de préhension entièrement autonomes, dans lesquelles le robot est piloté par l'IA.
Un consortium de huit universités, dirigé par l'Université de Birmingham, développe des technologies de pointe pour résoudre le problème des déchets nucléaires. Sa mission est de débarrasser le Royaume-Uni des matières radioactives, mais les avantages de ces technologies pour l'humain dépassent largement la sûreté nucléaire.
« Le Royaume-Uni stocke 4,9 millions de tonnes de déchets nucléaires. Avec les technologies actuelles, leur mise en sécurité pourrait prendre jusqu'à 120 ans et coûter jusqu'à 200 milliards de livres sterling. Nous avons besoin de nouvelles façons de se débarrasser de ces déchets anciens, des solutions plus rapides, plus sûres et moins coûteuses que celles dont nous disposons aujourd'hui. Les trouver, c'est précisément ce que nous faisons au Centre national de robotique nucléaire (NCNR) », ont déclaré les chercheurs.
En réunissant les principaux experts en robotique, intelligence artificielle, capteurs, rayonnement et systèmes embarqués tolérants aux pannes, les scientifiques cherchent à résoudre à temps le plus grand et le plus complexe problème environnemental d'Europe.
Le Royaume-Uni a investi 42 millions de livres sterling dans le NCNR. L'objectif principal des scientifiques est de réduire les déchets nucléaires, d'alléger le fardeau des contribuables et de créer un monde plus sûr pour les générations futures. Ces fonds ont été apportés par des établissements de recherche, l'industrie, le Conseil de recherche en ingénierie et sciences physiques, ainsi que par des investisseurs privés.
Le NCNR est un projet commun réunissant des experts internationaux issus de huit universités britanniques et plus de 30 partenaires du secteur nucléaire.
Les déchets nucléaires doivent être manipulés en toute sécurité. Des robots sont conçus pour accomplir de manière autonome des tâches complexes (perception, préhension, découpe et manipulation des déchets). Après le tri, les matières radioactives peuvent être stockées en toute sécurité ou éliminées de manière appropriée à l'aide de robots télécommandés.
Le rayonnement est utilisé dans de nombreux secteurs industriels, notamment comme combustible pour les centrales nucléaires et dans la production d'armes nucléaires destinées à la défense nationale. Cette utilisation génère des déchets nucléaires, qu'il faut éliminer de manière sûre et efficace.
Il existe trois principaux types de déchets nucléaires : de haute activité, transuraniens et de faible activité. Chacun doit être éliminé en fonction du risque qu'il représente pour la santé humaine et l'environnement. Par exemple, les déchets nucléaires de haute activité restent très radioactifs pendant des dizaines de milliers d'années et doivent être stockés de façon à pouvoir être isolés de manière fiable pendant une longue période.
