연구자들, 핵폐기물 처리를 위한 새로운 접근법 개발
미국 정부 회계감사원에 따르면, 현재 미국에는 상업용 원자력발전소에서 나온 사용후 핵연료 8만 5천 메트릭톤 이상과 정부 무기 프로그램에서 발생한 90만 갤런...
이 수치는 빠르게 증가하고 있습니다. 매년 사용후 핵연료 2000메트릭톤이 추가됩니다. 핵폐기물의 처리와 가공은 정밀함과 세심함이 요구되는 위험한 작업입니다. 영국 버밍엄대학교의 극한 로봇공학 연구소가 이끄는 국가핵로봇센터(NCNR)의 연구진은 사람과 로봇이 함께 일하여 임무를 수행할 수 있는 방법을 찾고 있습니다.
연구진은 평행 집게 그리퍼를 장착한 표준 산업용 로봇과, 주변을 관찰하기 위한 Ensenso N35 3D 카메라를 이용해 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 인공지능이 할 수 없는 더 복잡한 결정을 사람이 내릴 수 있게 하고, 로봇은 작업을 가장 잘 수행하는 방법을 결정합니다. 연구팀은 세 가지 공동 제어 방식을 사용합니다.
첫 번째는 준자율 방식으로, 사람이 높은 수준의 결정을 내리면 로봇이 이를 계획하고 실행합니다. 두 번째는 가변 자율 방식으로, 사람이 자율 동작과 조이스틱으로 직접 제어하는 동작 사이를 전환할 수 있습니다. 세 번째는 공동 제어 방식으로, 사람이 로봇 팔을 물체 쪽으로 옮기는 등 작업의 일부를 원격으로 제어하고, AI는 물체를 가장 잘 집을 수 있도록 그리퍼의 방향을 결정합니다.
로봇에는 사람의 시각과 유사한 공간 시각을 제공하는 Ensenso 3D 카메라가 장착되어 있습니다. Ensenso 카메라는 두 대의 카메라가 조금씩 다른 위치에서 물체를 보는 방식으로 작동합니다. 이들은 내용은 비슷하지만 물체의 위치가 다르게 나타나는 이미지를 촬영합니다.
Ensenso 소프트웨어는 이 두 이미지를 결합하여 물체의 포인트 클라우드 모델을 만듭니다. 이렇게 세상을 바라보는 방식은 로봇이 더 정확하게 움직이도록 돕습니다.
“연구진의 시스템은 포인트 클라우드를 이용해 여러 안정적인 집기 자세를 자동으로 생성합니다. 3D 카메라로 촬영한 포인트 클라우드는 해상도와 밀도가 높기 때문에 각 물체의 집기 위치를 높은 정확도로 판단할 수 있습니다. 이를 바탕으로 우리의 «가설 순위 알고리즘»은 로봇의 현재 위치를 기준으로 다음에 집을 물체를 결정합니다”
연구실에서는 현재 턱 그리퍼 대신 다관절 손과 호환되는 시스템 확장을 개발하고 있습니다. 또한 로봇이 AI에 의해 완전히 자율적으로 집는 방법도 연구하고 있습니다.
버밍엄대학교가 이끄는 8개 대학 컨소시엄은 핵폐기물 문제를 해결하기 위한 첨단 기술을 개발하고 있습니다. 이들의 임무는 영국을 방사성 물질로부터 정화하는 것이지만, 개발 중인 기술이 사람에게 주는 이점은 핵 안전을 훨씬 넘어섭니다.
«영국에는 470만 톤의 핵폐기물이 보관되어 있습니다. 현재 기술로는 이를 안전하게 만드는 데 최대 120년과 2000억 파운드가 필요할 수 있습니다. 우리에게는 더 빠르고, 더 안전하며, 현재 방식보다 저렴한 낡은 폐기물 처리 방법이 필요합니다. 이러한 해결책을 찾는 것이 바로 우리가 국가핵로봇센터(NCNR)에서 하는 일입니다», — 연구진이 밝혔습니다.
로봇공학, 인공지능, 센서, 방사선 및 결함 허용 내장 시스템 분야의 선도적인 전문가들이 힘을 합쳐, 연구진은 유럽이 직면한 가장 크고 복잡한 환경 문제를 시기적절하게 해결하고자 합니다.
영국은 NCNR에 4200만 파운드를 투자했습니다. 연구진의 핵심 목표는 핵폐기물을 줄이고, 납세자의 부담을 덜며, 미래 세대를 위해 더 안전한 세상을 만드는 것입니다. 이 자금은 연구 기관, 산업계, 공학·물리과학연구위원회(EPSRC) 및 민간 투자자들이 출자했습니다.
NCNR은 영국의 8개 대학과 30여 개 이상의 원자력 산업 파트너에서 참여한 국제 전문가들이 함께하는 공동 프로젝트입니다.
핵폐기물은 안전하게 다뤄야 합니다. 로봇은 복잡한 작업(인식, 집기, 절단 및 폐기물 조작)을 자율적으로 수행하도록 개발되고 있습니다. 분류된 후 방사성 물질은 원격 제어 로봇을 이용해 안전하게 보관하거나 적절히 처리할 수 있습니다.
방사선은 원자력발전소의 연료나 국방을 위한 핵무기 생산 등 여러 산업에서 사용됩니다. 이러한 사용 과정에서 핵폐기물이 발생하며, 이는 안전하고 효율적인 방법으로 처리되어야 합니다.
핵폐기물에는 고준위, 초우라늄, 저준위의 세 가지 주요 유형이 있습니다. 각각은 인체와 환경에 미치는 위험에 따라 처리되어야 합니다. 예를 들어 고준위 핵폐기물은 수만 년 동안 고방사성을 유지하므로, 장기간 안정적으로 격리될 수 있도록 매립되어야 합니다.
