Fukushima Meltdown: Robotik Yenilik için Bir Crucible

11 Mart 2011'de, büyüklüğü 9.0 deprem ve sonraki tsunami Fukushima Daiichi Nükleer Enerji Santrali'ni vurdu, felaket bir üçlü eritrefilli bir sinerjiye yol açtı.Uzgunluk, reaktör binaları, türbüsler ve çevredeki herhangi bir insan için ölümcül bir radyasyon dozu teslim edecek olan olağanüstü enerjik bir şekilde, standart elektronik ortamdaki en teknik olarak zorlu mühendislik kampanyalarından biri olarak ortaya çıktı.

Zorlukların ölçeği aşırı devletlenebilir. reaktör çekirdeği basınç gemilerinden erir, depolanır, hidrojen patlamaları ve sürekli su pompası, ilk rekonnaissance görevleri, saatte yüzlerce sieverts ile sınırlıydı.

Her reaktör binası farklı bir engel oluşturuyor. Unit 1, üst katlarında dağınık bir enkazın bulunduğu bir patlama yaşadı. Unit 2 daha küçük bir patlama yaşadı, ancak yapısal olarak önbellekli bir birim 3, patlamanın en büyük olduğu, en uygun çelik kirişler ve beton plakalar için bir araya geldi.

Bu makale, bu olağanüstü makinelerin altında mühendislik prensiplerini inceler. Radyasyonun zorlaşması stratejileri, hareketlilik yenilikleri, sensör entegrasyonu, özerk mimarlıkları, güç yönetimi ve dünya çapında tehlikeli ortamlar için tasarlanmış bir sonraki nesil robotları şekillendirmeye devam eden dersler inceler.

Fukushima Daiichi'de Önde Gelen Meydan

Fukushima'nın reaktör binaları, 1, 2 ve 3 tane kaotik bir zeminin arkasında çok katlı çelik-ve-konküler yapılardır ve reaktör pedestallarında dik döşemeler ve çeşitli ekipmanlarla karıştırılabilir.Sorunma suyu içeren hidrojen patlamaları, seher iki kat daha fazla tozlu bir rebar, düşmüş bir rebloggedler ve diğer uzun ömürlü radyoyuzları, her iki kat daha fazla hasar görmüş ve ilk önce denizi fark eder.

İnsan mürettebatları ile reaktör binalarına erken denemeler ciddi şekilde sınırlıydı. İşçiler, herhangi bir devam eden çalışma için sadece birkaç dakika boyunca ameliyat edebilirdi. Kabul edilemez dozlar sunmadan önce, ancak bu yöntemler anlamlı veri toplama ve manipülasyon kapasitesinden yoksundur. Robotik, sadece ölçeklenebilir bir çözüm sundu, ancak yeni mühendislik problemlerini tamamen çözmeleri gerekiyordu.

Tasarım kısıtlamaları ciddiydi. Robotlar bazı durumlarda 20 santimetre kadar küçük boşluklar ile uyum sağlamak zorunda kaldılar.Sağlayıcı duvarların altından geçen merdivenlere tırmanmak zorunda kaldılar ve bazen mevcut teknolojideki tüm gereksinimleri aynı anda yerine getirmek için elektronik boruları manipüle etmek zorunda kaldılar.

Nükleer Dekommisyonda Özerk Robotların Rolü

Özerk ve yarı-a Özerk robotlar, insan işçilerinin zarar görmesinin açık güvenliğinden çok daha fazlasını sunar.İnsan takımlarının eşleştirilemeyeceği tek bir sistem robotu birkaç saat boyunca reaktör binası içinde kalabilir, yüksek çözünürlüklü görüntüyü yakalama, fiziksel örnekleri alma ve tüm bulguları bir kontrol merkezine geri göndermeye devam ederler.İnsan maruz kalmalarında azalma dramatikdir, ancak teknik avantajlar eşit derecede önemlidir. Robotlar aynı anda görsel, termal radyasyonu sağlayarak çok fazla para harcarlar, boyutsal olarak azalırlar ve hatta kimyasal veriler azalır.

En kritik yeteneklerinden biri, iletişim sinyallerinin önemli ölçüde düşmesine olanak sağlayan alanlarda çalışma yeteneğidir. Beton duvarları, çelik takviye ve radyasyon müdahalesi genellikle gerçek zamanlı kontrol bağlantıları tamamen engeller.Bu senaryolarda, robotlar önceden programlanmış yollara veya yapay zekaya güvenmek, bir insan madenciliğine yol açma, yüksek seviyeli bir planlama kararı verirken, bu alanda otomatik olarak hızlanan kimyasal araştırmaların ve yerel istihbaratın bu alandaki yerini temsil eder.

Tehlikeli Misyonlar için Temel Tasarım Gereksinimleri

Elektronik ve Malzemenin Zorlanması

Radyasyon hasarları, toplam doz etkilerini ve tek bir olay üzgünler. Toplam iyonize doz, bir hafızayı biraz ve potansiyel olarak silikon dioksit tabakalarında yaratır, mevcut sızıntıları ve eşsiz gerilimin en sonunda devreleri olmayan bir şekilde kaybolabilmesine neden olur.Tek olay, tek bir yüksek enerji parçacığının bu tür koşullar altında başarısız olduğunda meydana gelir.

Tasarımcılar silikon destekli bileşenlerde üretilen radyasyona karşı korumalı bileşenleri seçerler, birçok özel robot için, agresif fiziksel kalkan ile yedek parça birleştirin ve yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylere kadar yüksek çözünürlükte bulunan ve kontrol edilen yüzeylere karşı koruma sağlar.

Yapılanmamış Hareketlilik, Tehlike Çevreleri

reaktör binalarındaki pis alanlar, herhangi bir mobil platform için ciddi bir testtir. Katlar metal shards, beton parçaları, düşmüş grating ve ⁇ d rebar. Merdiven yolları kısmen çöktü veya düşmüş ekipmanla tıkanmış suların havuzları yüksek derecede kirli sular ve kayma riskleri yaratırlar.

Chiba Institute of Technology ve Tohoku University tarafından geliştirilen Quince robotu, bu yaklaşımı daha basitleştirdi.Dörtücük robotları, pilatese giden yol açmalarına izin verdi, ancak mekanik karmaşıklık ve susuz hareketlerin tespit edilmesi için onları daha az güvenilir hale getirdi.

Yüksek-Radiasyon Fields'ta algılama ve senkronizasyon

Sensörler yakın bir karanlıkta, buhar ve fog aracılığıyla ve birkaç yüz griyi absorbe etmeden önce, daha iyi gürültü performanslarını kumarlama veya elektronik olarak ortaya koyan radyasyona dayalı kameralara güvenen birçok robot kullanır.

Radyasyon algılaması kendisi temel bir algılama işlevidir. Robotlar, Compton görüntüleme gibi teknikleri kullanarak radyolojik kaynak dağılımını yeniden yapılandırmaya olanak sağlar ve görsel görüntüdeki üç boyutlu radyasyon haritalarını görsel olarak çalıştırmaya olanak sağlar.Kutsal ölçümler, sabit ölçümler ve tekerlek ozometri gibi teknikleri kullanarak tekrar yapılandırmaya olanak sağlar.Akrom kamera, aşırı radyasyonun aşırı derecede farklı verilerin görsel görüntülenmesi için aşırı derecede fazladan tasarruf sağlar.

Autonomy, Uzaktan Kontrol ve Yapay Zeka

Hasarlı bir nükleer bitkinin içindeki tam özerklik, operasyonel bir gerçeklikten ziyade bir arzusal hedef olarak kalır. Çoğu kullanılan sistemler, önceden belirlenmiş bir yerelleşme ve haritalama kullanarak düşük çözünürlükte fiber tether veya manuel teleoperatif için kablosuz bağlantıya güvenilir, ancak veri bağlantılarından sinyal kaybı tamamen kalıcı bir meydan okumadır. Özerk bir şekilde iletişimin yeniden kurulabileceği adımları takip edebilir.

Sakura robotu, Quince'ye bir önceki yıllarda, lazer tabanlı SLAM'ı önceden belirlenmiş zemin alanları boyunca otonom olarak gezinmek için kullandı ve radyasyon anketlerini yaparken bu yetenek büyük ölçüde azaltıcı bir iş yüküne yol açtı, bir kişinin birden fazla robotu denetlemesine izin verdi. AI tabanlı nesne tanıması, boru bağlantılarını ve potansiyel yakıt içme sistemlerini tespit etti, ancak, yüksek öngörülemeyen çevre, düşük maliyetli güvenlik önlemlerinin nasıl kontrol edilmesi ve insan güvenliğine yol açmasını sağladı.

Güç sistemleri ve Endurance

Misyon süresi, kirli ortamlarda zor bir kısıtlamadır. Tethered güç kabloları sınırsız enerji ve fiziksel bir iletişim bağlantısı sağlar, ancak sürüklenme ve betonlaştırma riski, özellikle robotun yıkılış veya yukarı köşeler içinde pilleri geçtiğinde, yarı iletkenler genellikle mevcut teknoloji ile mümkün değildir.

Sualtı robotlar için, güç tarafsız bir şekilde tomurcuklanmış engellerle teslim edilir: Yerel bir batarya, daha büyük bir güç ve iletişim platformuna bağlı olarak, kabloyu alttayan ve tıkanmış bir sistemin dayanıklılığını engeller.

Fukushima Robotik Sistemler Fukushima'da işe alındı

Quince: The Groundbreaking Reconnaissance Platform

Chiba Institute of Technology ve Tohoku University'deki araştırmacılar tarafından yapılan felaketten sonra, Quince reaktör binalarına girmek için ilk robotlar arasındaydı.Dörtücük parçalara bağımsız olarak dönen dört taneli bir şekilde dönüşülmüş bir şapel, daha sonraki radyasyon haritalarını şekillendiren ve bilgisayar destekli tasarıma izin veren kapsamlı bir ekran görüntüsü ile, yüksek çözünürlüklü kameraları kullanarak, doğrudan doğrulayıcı bir şekilde geliştirme işlemi sırasında, daha yüksek çözünürlükte olan bir şekilde kontrol edilen bir şekilde geliştirme işlemine izin verdi.

iRobot PackBot ve Savaşçı: Askeri Robot Nükleer Kurtarma için Adapted

Amerikan robotları başlangıçta Fukushima'ya hızlı bir şekilde uygulandı. iRobot'un PackBot, hafif ve kolayca ulaşım edilebilir bir platform, pencerelerden atılabilir ve kendini aşağı inmiş gibi manevra kabiliyetine sahip oldu.Özellikle yüksek çözünürlüklü bir kontraseptör, yüksek çözünürlüklü ortamlar için görevleri yerine getiremedi ve bu robotların binasını kaldırarak daha hızlı bir şekilde artırdı.

Özelleştirilmiş Denetim Robotları: Akrep ve Şekil-Shifting Crawler

Toshiba, özellikle de sıkı boşlukları incelemek için bir kollektif bir robot geliştirdi 2. Onun sanatsal vücut, tamamen farklı bir kinematik çözümüne sunulan küçük bir borudan yola çıkarak, sadece 20 milimetrenin yukarı doğru bir şekilde engellenmesini sağlayarak, vücutlarını 30 santimetre yüksekliğe kadar yükselterek genişletebilir.

Sualtı Robotları ve Submerged Karşılaştırması

Birimlerin 1, 2 ve 3'ün selâmı, robotların su absorbsiyonunu ve saçlarını zorlayarak, uzaktan operasyon zorlayın.Sunın kendisi yüksek radyoaktif, su hareketi ve alt zeminler için otoyollar ile donatılmış, bu kadar kısa sürede kontrol edilen bir araç, bu da, yüksek sualtı robotu üzerinde işbirliği yapmak için gerekli olan bu zeminleri kontrol etmek için gerekli olan zeminde, yüksek sualtı kontrol etmek için gerekli olan küçük bir uzaktan kumandandır.

Soğutma, fikre ve Sistem Seviyesine Zorlaştırıyor

Etkili radyasyon zorlama, genel sistem mimarisine bireysel bileşenlerden çalışır.Demoktor seviyesinde, silikon-on-insulator teknolojisi, silikonun iyonizasyon etkilerini belirlemek için kırılganlığını büyük ölçüde azaltır, kritik işlemciler ve FPGAs için tercih eder. Power Supply supplyerleri genellikle üç ayrı hafıza bloğunda kritik kontrol parametrelerini depolamak ve doğru değeri belirlemek için çoğunluk oylamak için daha hassas bir oylama kullanmak. Watchdog zamanlayıcıları izlemek için tercih eder ve sistemi resetler yapar.

Sistem seviyesinde, modülerlik başarısız bileşenler tespit edilmeye ve tüm robotu değiştirmeden değiştirilmesine izin verir. Daha önce kullanılan standart Ethernet kablolar, radyasyonun hızla yayıldığını ve kimyasal dökümlere neden olan sentetik sıvıları gerektirir.

Overcoming Debris Fields için Hareketlilik Yeniliği

Geleneksel takip edilen araçlar, yoldaki yıkıma karşı yüksek merkezli hale gelmeye eğilimlidir.Bu, mühendisler bazen devam eden bir metal takip yaklaşımı olarak adlandırılmış, ki, Flipper kolları 360 derece döndürebilir, robotun kendi ağırlığını kullanarak, eğimi yolda baskıya basmasına izin verir.

Aşırı yoğun pislikler veya kısmen çökmüş zeminler için, bazı robotlar, vücutların kaymasına ve çöplükten uzak durmalarına izin veren merkezi bir eklemi kullanıyor ve bu sanata bağlı olarak, bu gelişmelerin devam etmesi ve engellere rağmen, bazı yerlerde metal tozların sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık hava kirliliği ve manevra yollarının kaybının önlenmesine yol açıyorlar.

Nükleer Çevre Haritası için Sensör Teknolojileri

Üç boyuttaki radyasyon kaynakları sadece hassas dedektörleri değil, aynı zamanda hassas yerelleştirme gerektirir. Robotlar belirli yönlerden veri toplar ve yeniden yapılandırma algoritmaları, LIDAR tarayıcıları ve görsel özellikleri, aynı anda bu haritadaki konumlarını takip ederken, iki kanaldaki büyük yakıt mahvediyor, kollatıcı kumarbazları kayıt dozlarını belirli yönlerden alır ve yeniden yapılandırma algoritmaları, Compton görüntülemeye dayalı teknikleri kullanarak, radyasyon kaynaklarının en olası uzaysal dağılımını hesaplamak için kullanılmıştır.Bu yöntem zaten ünitedeki büyük yakıt mahvediyor.

Termal kameralar, ısıtımı veya sıcak su sızıntılarından kaynaklanan sıcaklık anomalilerini tespit ederek radyasyon haritalarını tamamlayabilirler. Akustik sensörler, ısı veya görsel kameralara görünmez olabilecek sızıntıları tespit edebilir.Bir umut verici gelişme, çok sayıda sensör tipini birleştirerek, bir robot, işletim ortamının ayrıntılı bir dijital ikizi yaratır - üç boyutlu dijital temsil eden robotları kullanarak, tehlikeli manevra alanlarının kullanımını ve küçük robot yükleri ile simüle edebilir.

Yapay Zeka ve Özerk Navigasyon Sistemleri

Fukushima context'deki yapay zeka, en değerli yüzeylerden ziyade savunmada en iyi şekilde çalışır. Obstacle kaçınır, iletişim bağlantı bozulduğunda, bilinen bir kurtarma noktasına doğru adımları atarak ve bilinmeyen yüzeylerden uzak durabilir, çünkü radyasyon en değerli uygulamaları sunar. Path planlama algoritmaları, travmatik ve sonlu bir robotdan ayırt edilen bir duvarı kullanarak, bilinen engeller ve keşfedilmemiş bölgelere göndermelerini önlemek için sınırsız bir şekilde karşılaştırılabilir.

Bazı araştırma ekipleri, öğrenilen politikayı fiziksel bir robota transfer etmeden önce belirli bir sabitleme türüne tırmanmayı öğreniyorlar. Bu tür öğrenme sırasında operatörlerin fiziksel bir başarısızlıkla ilgili ciddi sonuçları, bir pistin kontrol etmeye isteksiz olduğunu tespit ediyor. Bunun yerine, yarı-ya da otonom yardımcı modları en etkili olduğunu kanıtlıyor: operatör komutları ve hızı, ancak robot otomatik olarak vücutlarını dengeler, insansal algılayıcı yönlerine izin veriyor ve bir şekilde zaman kaybetmesine izin veriyor.

Dağıtılmış Mimarlıklar aracılığıyla uzun süredir devam eden görevler

Batarya teknolojisinin ötesinde, enerji ve tethers yönetimi, görevlerin başarısı için kritik bir şekilde kanıtladı. Rejeneratif frenleme, merdivenleri veya yavaşlamayı yavaşlatırken, robotun hareketine dayalı olarak kabloyu otomatik olarak dağıtmaya yardımcı oldu, ancak çelik reinforcing barlar tarafından tanıtıldı ve kesin bant hizalama ihtiyacı bu yaklaşımın operasyonel kullanım için engelleyici bir şekilde azaltılmasına veya değiştirilmesine engel oldu.

Ana Sayfalar hibrit güç mimarisini düşünüyor. Yerel bir batarya paketi, enerji depolamasını güvenli bir bölgeye bağlamanın daha büyük bir platforma bağladığı zaman, robotun güvenli bir alanda daha büyük bir platforma bağlanarak, bu büyük platform önemli batarya rezervleri, yakıt hücreleri veya enerji depolamasını bir mobil porsiyona ayırarak ve bir istasyonda bir miktara ayırarak, robotun güvenli bir şekilde bir şekilde bir tethered sisteminin dayanıklılığını artırır.

Future rotası ve Gelişen Teknolojiler

Bir sonraki Fukushima robotları, malzemelerden bilim, yapay zeka ve biyo-inspire edilen mühendislikten gelen ve fiber optik sensörler ile inşa edilen yumuşak robotları, birçok robotla etkileşime girebilmeleri için daha yüksek radyasyon dozlarına dayanabilecektir.Swarm robot konseptleri, potansiyel çarpışmaları veya iletişim alanlarını hızlı bir şekilde haritalamaya olanak sağlar ve daha sonra tüm fabrikaların doğru yere doğru bir şekilde taşınmasına olanak sağlar.

Uluslararası Enerji Ajansının en zorlu görevlerin üstesinden gelmek için kullanılan kimyasal maddeler, veri formatları ve operasyonel protokollerin dünya çapındaki diğer nükleer sitelere verimli bir şekilde uygulanabilmesi için yapılan çalışma alanlarının belirlenmesi gerekiyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Fukushima Daiichi'nin radyoaktif kalıntıları içinde çalışmak için otonom robotlar sürekli bir büyüme sürecindedir. Her görev, her adımın sensöre sürüklenmesine engel olmak için yeni bir başarısızlık modlarını ortaya çıkarır ve her bir robotun her türlü zorluğu tehdit etmesi için daha iyi bir kalkan, daha sağlam mekanik tasarım ve daha akıllı bir yazılım ile ele geçirilmiştir. Başarı, güvenilir verilerin sürekli olarak tahmin edilen pozisyonlarında ölçülemez, tek bir robotun her türlü yıkıma karşı güvenli bir şekilde tamamlanmasını ortaya çıkarır.

Bu teknolojiler, zarar görmüş bir bitkinin temizlenmenin ötesinde iyi bir şekilde genişletilir.Onlar, gelecekteki nükleer olaya cevap vermek için pratik bir mavi baskı oluştururlar ve birçok endüstride kullanılan robotların test edilmesini sağlar.Malzeme biliminin on üç yıldan fazla süren operasyonlara karşı verdiği bilgi sistematik olarak belgelenmiş ve yapay zeka sistemleri daha sağlam ve güvenilir bir şekilde büyüye maruz kalır.