危难时的孤胆英雄核电应急机器人发展应未雨绸缪
- 来源：中科院之声/贺晓栋 王垚
- 编辑：半城明灭
- 2017/7/7 10:20:11
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【中国智能制造网 智造快讯】随着核电应用逐步推广开来，核电安全问题也受到越来越多的关注。虽然核电站的安全系数都非常高，但是意外往往并不为人知。所以，未雨绸缪发展核电应急机器人就显得很有必要了。
超强核辐射环境是人类的禁区，但却往往有着人类不得不去完成的任务。
2017年2月，核电应急机器人“蝎子”只身前往日本福岛核泄露的核心区域。在那片禁地中，“蝎子”要执行一系列调查取样的任务。能承受强辐射的它，在执行任务的过程中，还是以“牺牲”告终。
但人类在探索适应核辐射环境下的特种机器人的道路，才刚刚开始。
中科院光电技术研究所(简称光电所)有一支专门研发耐辐射装备和机器人的团队。90年代，光电所成为国内早涉足这一领域的科研团队。如今，中国几乎所有的核电站都在使用光电所研发的耐辐射机器人设备，它们会代替人们进入核反应堆内部，完成一系列的特殊任务。
前不久，由光电所、西南科技大学及中物院联合主持的项目“强辐射环境强适应型机器人关键技术及其应用”获得了四川省科技进步一等奖。
许多人联想到，如果机器人适应强辐射，是不是就可以应用于例如日本福田核泄漏一样的事故？
事实上，光电所特种光电智能化装备研发团队从2014年起就开始与大亚湾核电站开展对“核环境下应急机器人”的联合研发，一套能应用于高辐射区域侦查救援的“应急机器人”，已于2016年底正式亮相。
手在前 头在后 它能抵御每小时100西弗的核辐射
这些小家伙并不庞大，大的也不超过100公斤。一只灵巧的机械手臂高高悬起，可以上下左右灵活摆动。眼睛大而萌，那是摄像镜头的所在。它的脚可以是几只小巧的圆轮，也可以是两条霸气的履带，随时听候主人的吩咐。不过它的大脑不同于任何机器人的族群，它的大脑在身子的后方，因为那里需要被保护。除去机器人主体身躯，其他的功能模块，大多可拆可卸可拼接。比如只用“眼睛”，就可以不安装“手臂”。
重要的是，它所有的“器官”，都能在超强辐射的环境下正常工作。这些小家伙的工作场所，在核电站之中。
核电站通常每运行18个月后会停堆大修，但很多环境，人进不去，例如核反应堆水池、乏燃料水池以及许多设备旁。但机器人可以代替人进去完成相应任务。可是，没有好的耐辐射技术，机器人进入强辐射区很快会就会停止工作，2011年福岛核电事故中很多机器人就是因不能耐强辐射而很快瘫痪。
高耐辐射技术正是光电所的核心技术之一。在核电站中，光电所研制的机器人可以承受高达65度的高温，同时抵御每小时100个西弗(Sv)的核辐射。而机器人携带的相机等传感器，甚至可以抵御高达每小时10000个西弗(Sv)的核辐射。公开资料显示，在平时生活中，做一次胸部CT扫描的辐射量在6-18毫西弗，当人类一次性遭受4000毫西弗会导致死亡。
从技术上来讲，高耐辐射并不是简单的选择耐辐射材料，更多的是通过合理规划机器人各功能区的布局、分布设计电路并将传感器主被动加固等方式来实现的。达到整体耐辐射，是一项综合技术。
能“看”、能“抓”、能打磨 核电站体检要靠它
核电现场的机器人有很多不同的功能，主要分为三类：一类负责摄像，将现场的情况实时传输，“直播”到操作人员手中；第二种负责水下任务执行，进行水下的异物打捞；还有一类是“特种作业”机器人，比如给现场机械零件做一做切割、打磨之类的检修。这些看似不难的举动，在强烈的核辐射环境中，若要人亲自来完成，就成了大难题。机器人责任重大，它们成为了深入“禁地”的“孤胆英雄”。
比如在反应堆内部，反应堆水池里是不允许有异物的。但是偶尔会掉落一些细小部件。曾经人们使用过长杆打捞，像鱼竿，前面吊着摄像机镜头，伸进水里四处捞，或者再吊个小重锤，外面包上一圈胶布，通过胶粘的方式打捞异物。结果很容易想象，刚粘起来一不留神又掉下去，掉到水底死角里，再要捞难上加难。
不过水下异物打捞机器人就聪明多了，不仅耐辐射、防水和耐高温，它进入水池后，通过自身视觉等传感器，能迅速定位到异物，“眼神机敏”。随后它会通过机械臂的爪手将异物夹取，并打捞出来，“手臂灵活”。若是打捞很小的异物，它还可以把机械爪手换成类似吸尘器的吸盘，轻松将异物吸出来。
要知道，在核电站里，一个反应堆一小时的发电量约100万度，价值40万人民币，一天就是一千万左右。核电站每18个月一次的“体检”，通常需要20天到30天。通过机器人代替人进行某些特种作业，能大大提高工作效率，同时也能更好的保护人免遭辐射。
截至目前，许多高校及科研机构也在对耐核辐射机器人进行研发，但光电所研发的水下高耐辐射机器人，仍是国内在核电站现场使用过的机器人。
未雨绸缪 国内首套核环境下应急机器人在中科院诞生
核辐射环境纵然听起来有些吓人，但离我们普通人的生活还是太远。几年前，很少会有人将耐辐射的机器人与核辐射环境救援联系起来，而发生在2011年的日本福岛核泄漏事故，让“机器人敢死队”走进了人们的视野。
从几乎没什么防核辐射能力的救援机器人进入泄露区瞬间被“”；到后来加载了核辐射抵御指数的机器人“勇士们”逐一前往，有的坚持了几分钟，有的坚持了一个小时再“牺牲”。这些“英雄”般的机器人们，让人们意识到一切都应未雨绸缪。也正是福岛的这一案例，让一些技术的国家开始了对核辐射应急救援类机器人技术的重视，从而开始了相关的研发工作。
我国也不例外。具备国内这一领域技术的光电所，从2014年起与大亚湾核电站开始联合研发“核电应急机器人”。该项目去年已经在成都完成了初步研发工作，并成功做出了套共4个应急机器人，目前已运至大亚湾核电站。这是国内目前诞生的套用于核电应急的耐核辐射机器人。
当然，我国在役的有近40个核反应堆，每一个都具备极高的安全系数。在日本福岛的核泄漏事故之前，包括日本在内，几乎各国都没有系统研究过核辐射环境下的救援问题。但是福岛事件的影响一直延续到现在，各国都开始未雨绸缪，再安全的环境，也需要对应急有所准备，所以我国也开始开展相关的自主研发工作。这套应急机器人随时可以使用，一共4个机器人，平时装在一个大集装箱里，如果遇到需要使用的情况，可以随整个集装箱立刻拉走。
深入“绝境”的“特种部队”
“应急机器人”的造型，就像是普通核电站用的机器人的升级版。这一套4个型号的机器人，就像一支小小的特种部队。它们主要分为水上工作和水下工作两类，分工各有不同。
水下的机器人，一个在水底工作，一个悬停在水中工作如“潜艇”。它们将进入反应堆水池、燃料水池等等存在有强核辐射的环境中执行任务。陆上的机器人通常在距离控制器操作人员一两百米范围内，接受操作人员的指挥调度。但是在应急状态下，操作人员必须在远离辐射区的几公里外的安全区域，这时候的机器人就像一个孤独的战士，必须独自前进几公里深入到核心辐射区域去执行严峻的任务。
与其他的救援现场不同，其他救援现场的设备可以通过吊车、电梯等输送到现场。而在辐射区中，机器人只能靠自己。因此，要完成这样的现实要求，它首先被赋予了强大的“行进能力”。它的爬坡、越障的能力超强，有复杂的履带和轮轴设计，对它而言，上个台阶就是小意思。
另一方面，为了能够时刻跟操作人员保持联络，保证信号不中断，它们还承担一个额外任务，就是每走一段路，就在沿途自行安装一个“中继器”。通过这个“中继器”，它才能随时将信息传递给操作人员。试想一下，一个沿路越过重重障碍的“孤胆英雄”，深入无人险境，沿途安装信号器来跟组织保持联络，代替人类完成种种艰难任务，何其英勇。
它们是一线“敢死队” 现场侦查靠它们
机器人进入到辐射区域后，有几项重要的任务需要完成。首先，现场的情况要能实时传递到外面去，让人们看到现场情形。同时，它们要在现场采集各类信息，比如湿度、温度、核辐射的剂量率等，传输给几公里外的操作人员。
再有，它们还需要采集现场“样本”，带出辐射区，交给操作人员。除此之外，它们甚至还具备一些救援操作的能力，比如开关、阀门的处理，比如在应急现场开关安全门，这些都是比较艰巨的任务。这一系列的任务，都是“应急救援”的一线工作，也是步，一切应急的开端。
没有手现场信息的掌握，所有的后续应急方案，就无法科学制定，就无法对症下药。而核电应急机器人，就是那可以时间深入前线的“敢死队”。
原标题：解密强核辐射环境下的“孤胆英雄”——核电应急机器人
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