Исследователи разрабатывают новый подход к обращению с ядерными отходами
По данным Счетной палаты правительства США, на сегодняшний день в стране накоплено более 85 000 метрических тонн отработавшего ядерного топлива с коммерческих атомных электростанций и 90 миллионов галлонов отходов от правительственных программ вооружений.
Это число быстро растет. Каждый год добавляется 2000 метрических тонн отработавшего ядерного топлива. Утилизация и обработка ядерных отходов — опасная задача, требующая точности и аккуратности. Исследователи из Национального центра ядерной робототехники во главе с лабораторией экстремальной робототехники Университета Бирмингема в Великобритании находят способы помочь людям и роботам работать вместе, чтобы выполнить свою работу.
Исследователи разработали систему с использованием стандартного промышленного робота, который применяет захват с параллельными губками для работы с объектами, и 3D-камеры Ensenso N35 для наблюдения за окружающим миром. Система ученых позволяет людям принимать более сложные решения, на которые искусственный интеллект не способен, в то время как робот определяет, как лучше всего выполнять задачи. Команда использует три вида совместного контроля.
Первый — это полуавтономия, когда человек принимает решения на высоком уровне, а робот их планирует и выполняет. Второй — это переменная автономия, когда человек может решить переключаться между автономными движениями и прямыми движениями, управляемыми джойстиком. Третий — это совместное управление, когда человек дистанционно управляет некоторыми аспектами задачи, например перемещением руки робота к объекту, в то время как ИИ решает, как сориентировать захват, чтобы лучше всего подобрать этот объект.
Робот оснащен 3D-камерой Ensenso, которая дает ему пространственное зрение, подобное зрению человека. Камеры Ensenso работают за счет того, что две камеры видят объекты с немного разных позиций. Они захватывают изображения, которые похожи по содержанию, но показывают различное положение объектов.
Программное обеспечение Ensenso объединяет эти два изображения для создания модели облака точек объекта. Такой способ взгляда на мир помогает роботу точнее двигаться.
«Облако точек используется нашей системой для автоматического создания нескольких стабильных положений захвата. Поскольку облака точек, захваченные трехмерной камерой, имеют высокое разрешение и плотность, можно с высокой точностью определить положение захвата для каждого объекта. На основе этого наш «алгоритм ранжирования гипотез» определяет следующий объект, который нужно подобрать, исходя из текущего положения робота»
Исследователи в лаборатории в настоящее время разрабатывают расширение системы, которое будет совместимо с многопалой рукой вместо челюстного захвата. Они также работают над полностью автономными методами захвата, при которых роботом управляет ИИ.
Консорциум из восьми университетов во главе с Университетом Бирмингема разрабатывает передовые технологии для решения проблемы ядерных отходов. Его миссия — очистить Великобританию от радиоактивных материалов, но преимущества разрабатываемых технологий для человека выходят далеко за рамки ядерной безопасности.
«В Великобритании хранится 4,9 миллиона тонн ядерных отходов. С сегодняшними технологиями на то, чтобы сделать их безопасными, может потребоваться до 120 лет и до 200 млрд фунтов стерлингов. Нам нужны новые способы избавиться от устаревших отходов — решения, которые будут быстрее, безопаснее и дешевле, чем то, что у нас есть сейчас. Их поиск — вот что мы делаем в Национальном центре ядерной робототехники (NCNR)», — сообщили исследователи.
Объединив ведущих экспертов в области робототехники, искусственного интеллекта, датчиков, излучения и отказоустойчивых встроенных систем, ученые стремятся своевременно решить самую большую и сложную экологическую проблему Европы.
Великобритания инвестировала в NCNR 42 млн фунтов стерлингов. Главная цель ученых — сократить ядерные отходы, облегчить бремя налогоплательщиков и создать более безопасный мир для будущих поколений. Эти средства были вложены исследовательскими учреждениями, промышленностью, Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам и частными инвесторами.
NCNR является совместным проектом с участием международных экспертов из восьми университетов Великобритании и более 30 партнеров из ядерной отрасли.
С ядерными отходами необходимо обращаться безопасно. Роботы разрабатываются для автономного выполнения сложных задач (восприятия, захвата, резки и манипулирования отходами). После сортировки радиоактивный материал можно безопасно хранить или утилизировать соответствующим образом с помощью дистанционно управляемых роботов.
Радиация используется во многих различных отраслях промышленности, в том числе в качестве топлива для атомных электростанций и при производстве ядерного оружия для национальной обороны. При таком использовании образуются ядерные отходы, которые необходимо утилизировать безопасным и эффективным способом.
Существует три основных типа ядерных отходов: высокоактивные, трансурановые и низкоактивные. Каждый из них необходимо утилизировать в соответствии с риском для здоровья человека и окружающей среды. Например, высокоактивные ядерные отходы остаются высокорадиоактивными в течение десятков тысяч лет и должны быть захоронены таким образом, чтобы их можно было надежно изолировать в течение длительного периода времени.
