超強核輻射環(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，戰(zhàn)士“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)。能承受強輻射的它，在執(zhí)行任務(wù)的過程中，還是以“犧牲”告終。
日本此前公布的蝎子機器人照片
但人類在探索適應(yīng)核輻射環(huán)境下的特種機器人的道路，才剛剛開始。
中科院光電技術(shù)研究所（簡稱光電所）有一支專門研發(fā)耐輻射裝備和機器人的團隊。90年代，光電所成為國內(nèi)最早涉足這一領(lǐng)域的科研團隊。如今，中國幾乎所有的核電站都在使用光電所研發(fā)的耐輻射機器人設(shè)備，它們會代替人們進入核反應(yīng)堆內(nèi)部，完成一系列的特殊任務(wù)。
前不久，由光電所、西南科技大學及中物院聯(lián)合主持的項目“強輻射環(huán)境強適應(yīng)型機器人關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”獲得了四川省科技進步一等獎。
許多人聯(lián)想到，如果機器人適應(yīng)強輻射，是不是就可以應(yīng)用于例如日本福田核泄漏一樣的事故？
事實上，光電所特種光電智能化裝備研發(fā)團隊從2014年起就開始與大亞灣核電站開展對“核環(huán)境下應(yīng)急機器人”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)急機器人”，已于2016年底正式亮相。
手在前 頭在后 它能抵御每小時100西弗的核輻射
這些小家伙并不龐大，最大的也不超過100公斤。一只靈巧的機械手臂高高懸起，可以上下左右靈活擺動。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，隨時聽候主人的吩咐。不過它的大腦不同于任何機器人的族群，它的大腦在身子的后方，因為那里最需要被保護。除去機器人主體身軀，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”。
這些小家伙并不龐大，最大的也不超過100公斤。一只靈巧的機械手臂高高懸起，可以上下左右靈活擺動。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，隨時聽候主人的吩咐。不過它的大腦不同于任何機器人的族群，它的大腦在身子的后方，因為那里最需要被保護。除去機器人主體身軀，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”。
水下多功能智能化機器人
最重要的是，它所有的“器官”，都能在超強輻射的環(huán)境下正常工作。這些小家伙的工作場所，在核電站之中。
核電站通常每運行18個月后會停堆大修，但很多環(huán)境，人進不去，例如核反應(yīng)堆水池、乏燃料水池以及許多設(shè)備旁。但機器人可以代替人進去完成相應(yīng)任務(wù)?？墒?，沒有好的耐輻射技術(shù)，機器人進入強輻射區(qū)很快會就會停止工作，2011年福島核電事故中很多機器人就是因不能耐強輻射而很快癱瘓。
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，光電所研制的機器人可以承受高達65度的高溫，同時抵御每小時100個西弗（Sv）的核輻射。而機器人攜帶的相機等傳感器，甚至可以抵御高達每小時10000個西弗（Sv）的核輻射。公開資料顯示，在平時生活中，做一次胸部CT掃描的輻射量在6-18毫西弗，當人類一次性遭受4000毫西弗會導致死亡。
從技術(shù)上來講，高耐輻射并不是簡單的選擇耐輻射材料，更多的是通過合理規(guī)劃機器人各功能區(qū)的布局、分布設(shè)計電路并將傳感器主被動加固等方式來實現(xiàn)的。達到整體耐輻射，是一項綜合技術(shù)。
能“看”、能“抓”、能打磨 核電站體檢要靠它
核電現(xiàn)場的機器人有很多不同的功能，主要分為三類：一類負責攝像，將現(xiàn)場的情況實時傳輸，“直播”到操作人員手中；第二種負責水下任務(wù)執(zhí)行，進行水下的異物打撈；還有一類是“特種作業(yè)”機器人，比如給現(xiàn)場機械零件做一做切割、打磨之類的檢修。這些看似不難的舉動，在強烈的核輻射環(huán)境中，若要人親自來完成，就成了大難題。機器人責任重大，它們成為了深入“禁地”的“孤膽英雄”。
核電現(xiàn)場的機器人有很多不同的功能，主要分為三類：一類負責攝像，將現(xiàn)場的情況實時傳輸，“直播”到操作人員手中；第二種負責水下任務(wù)執(zhí)行，進行水下的異物打撈；還有一類是“特種作業(yè)”機器人，比如給現(xiàn)場機械零件做一做切割、打磨之類的檢修。這些看似不難的舉動，在強烈的核輻射環(huán)境中，若要人親自來完成，就成了大難題。機器人責任重大，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。但是偶爾會掉落一些細小部件。曾經(jīng)人們使用過長桿打撈，像魚竿，前面吊著攝像機鏡頭，伸進水里四處撈，或者再吊個小重錘，外面包上一圈膠布，通過膠粘的方式打撈異物。結(jié)果很容易想象，剛粘起來一不留神又掉下去，掉到水底死角里，再要撈難上加難。
不過水下異物打撈機器人就聰明多了，不僅耐輻射、防水和耐高溫，它進入水池后，通過自身視覺等傳感器，能迅速定位到異物，“眼神機敏”。隨后它會通過機械臂的爪手將異物夾取，并打撈出來，“手臂靈活”。若是打撈很小的異物，它還可以把機械爪手換成類似吸塵器的吸盤，輕松將異物吸出來。
小型水下異物打撈機器人
要知道，在核電站里，一個反應(yīng)堆一小時的發(fā)電量約100萬度，價值40萬人民幣，一天就是一千萬左右。核電站每18個月一次的“體檢”，通常需要20天到30天。通過機器人代替人進行某些特種作業(yè)，能大大提高工作效率，同時也能更好的保護人免遭輻射。
截至目前，許多高校及科研機構(gòu)也在對耐核輻射機器人進行研發(fā)，但光電所研發(fā)的水下高耐輻射機器人，仍是國內(nèi)唯一在核電站現(xiàn)場使用過的機器人。
未雨綢繆國內(nèi)首套核環(huán)境下應(yīng)急機器人在中科院誕生
核輻射環(huán)境縱然聽起來有些嚇人，但離我們普通人的生活還是太遠。幾年前，很少會有人將耐輻射的機器人與核輻射環(huán)境救援聯(lián)系起來，而發(fā)生在2011年的日本福島核泄漏事故，讓“機器人敢死隊”走進了人們的視野。
核輻射環(huán)境縱然聽起來有些嚇人，但離我們普通人的生活還是太遠。幾年前，很少會有人將耐輻射的機器人與核輻射環(huán)境救援聯(lián)系起來，而發(fā)生在2011年的日本福島核泄漏事故，讓“機器人敢死隊”走進了人們的視野。
從幾乎沒什么防核輻射能力的救援機器人進入泄露區(qū)瞬間被“秒殺”；到后來加載了核輻射抵御指數(shù)的機器人“勇士們”逐一前往，有的堅持了幾分鐘，有的堅持了一個小時再“犧牲”。這些“英雄”般的機器人們，讓人們意識到一切都應(yīng)未雨綢繆。也正是福島的這一案例，讓一些技術(shù)領(lǐng)先的國家開始了對核輻射應(yīng)急救援類機器人技術(shù)的重視，從而開始了相關(guān)的研發(fā)工作。
我國也不例外。具備國內(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)急機器人”。該項目去年已經(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個應(yīng)急機器人，目前已運至大亞灣核電站。這是國內(nèi)目前誕生的第一套用于核電應(yīng)急的耐核輻射機器人。
當然，我國在役的有近40個核反應(yīng)堆，每一個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)，幾乎各國都沒有系統(tǒng)研究過核輻射環(huán)境下的救援問題。但是福島事件的影響一直延續(xù)到現(xiàn)在，各國都開始未雨綢繆，再安全的環(huán)境，也需要對應(yīng)急有所準備，所以我國也開始開展相關(guān)的自主研發(fā)工作。這套應(yīng)急機器人隨時可以使用，一共4個機器人，平時裝在一個大集裝箱里，如果遇到需要使用的情況，可以隨整個集裝箱立刻拉走。
深入“絕境”的“特種部隊”
“應(yīng)急機器人”的造型，就像是普通核電站用的機器人的升級版。這一套4個型號的機器人，就像一支小小的特種部隊。它們主要分為水上工作和水下工作兩類，分工各有不同。
水下的機器人，一個在水底工作，一個懸停在水中工作如“潛艇”。它們將進入反應(yīng)堆水池、燃料水池等等存在有強核輻射的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。陸上的機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，操作人員必須在遠離輻射區(qū)的幾公里外的安全區(qū)域，這時候的機器人就像一個孤獨的戰(zhàn)士，必須獨自前進幾公里深入到核心輻射區(qū)域去執(zhí)行嚴峻的任務(wù)。
與其他的救援現(xiàn)場不同，其他救援現(xiàn)場的設(shè)備可以通過吊車、電梯等輸送到現(xiàn)場。而在輻射區(qū)中，機器人只能靠自己。因此，要完成這樣的現(xiàn)實要求，它首先被賦予了強大的“行進能力”。它的爬坡、越障的能力超強，有復(fù)雜的履帶和輪軸設(shè)計，對它而言，上個臺階就是小意思。
陸地應(yīng)急巡檢機器人
另一方面，為了能夠時刻跟操作人員保持聯(lián)絡(luò)，保證信號不中斷，它們還承擔一個額外任務(wù)，就是每走一段路，就在沿途自行安裝一個“中繼器”。通過這個“中繼器”，它才能隨時將信息傳遞給操作人員。試想一下，一個沿路越過重重障礙的“孤膽英雄”，深入無人險境，沿途安裝信號器來跟組織保持聯(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” 現(xiàn)場偵查靠它們
機器人進入到輻射區(qū)域后，有幾項重要的任務(wù)需要完成。首先，現(xiàn)場的情況要能實時傳遞到外面去，讓人們看到現(xiàn)場情形。同時，它們要在現(xiàn)場采集各類信息，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“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。
沒有第一手現(xiàn)場信息的掌握，所有的后續(xù)應(yīng)急方案，就無法科學制定，就無法對癥下藥。而核電應(yīng)急機器人，就是那可以第一時間深入前線的“敢死隊”。
光電所核電機器人亮相海外
