一場(chǎng)人工智能挑戰(zhàn)人類圍棋的世紀(jì)大戰(zhàn)，引發(fā)眾多關(guān)于機(jī)器人進(jìn)入人類日常的猜想。然而，在核工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，受到特殊環(huán)境要求，需要更先進(jìn)的機(jī)器人，進(jìn)一步解放高輻射環(huán)境下的人類，卻是不爭(zhēng)的事實(shí)。

在核工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，由于設(shè)備本身或其運(yùn)行環(huán)境具有放射性，人員操作存在安全風(fēng)險(xiǎn)或操作受限等情況，采用機(jī)器人進(jìn)行設(shè)備檢修、放射性廢物處理、應(yīng)急響應(yīng)等工作，一方面可降低用于人工防護(hù)設(shè)備的成本及管理成本，另一方面也可降低工作人員受輻照劑量和勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著核電站裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，出于核電產(chǎn)業(yè)較快發(fā)展和核安全的需要，核電機(jī)器人的需求與日俱增。

解放高輻射環(huán)境下的人類

最早開(kāi)展研制核電機(jī)器人的可算是美國(guó)。上世紀(jì)40年代，美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室研制出一臺(tái)可操作放射性物質(zhì)的機(jī)械手。到1977年，日本早稻田大學(xué)也開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)可用于核電站巡檢的雙足機(jī)器人，可完成檢查和開(kāi)關(guān)電站閥門(mén)、處理放射性污水等增強(qiáng)操作。

隨著美國(guó)三里島、蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故的相繼發(fā)生，美、法、德、日等國(guó)紛紛加大核電站機(jī)器人的開(kāi)發(fā)力度，進(jìn)一步提升核電站機(jī)器人在可執(zhí)行的動(dòng)作種類、行動(dòng)的靈活性、電池的工作和傳送信號(hào)方面的性能。

目前，核電機(jī)器人大致可分為觀察型和作業(yè)型。第一類“觀察型”，指攜帶攝像頭、溫度和壓力傳感器以及輻射強(qiáng)度檢測(cè)儀等進(jìn)入后傳回現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)（在應(yīng)急情況下尤其必要）。第二類“作業(yè)型”，工作內(nèi)容包括切割、搬運(yùn)放射物質(zhì)、關(guān)閥門(mén)、噴水等。實(shí)際應(yīng)用上，核電機(jī)器人主要包括關(guān)鍵核設(shè)施維護(hù)機(jī)器人、核事故處理與救援機(jī)器人和小型爬壁式監(jiān)測(cè)機(jī)器人。

關(guān)鍵核設(shè)施維護(hù)機(jī)器人主要是對(duì)關(guān)鍵核設(shè)施的維護(hù)、退役及放射性廢物處理。對(duì)關(guān)鍵設(shè)施進(jìn)行維護(hù)，是核工業(yè)機(jī)器人最早的應(yīng)用目標(biāo)。核事故處理與救援機(jī)器人，即利用輪式、履帶式移動(dòng)機(jī)器人，攜帶操作設(shè)備，進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)展事故處理與救援相關(guān)工作，主要用于發(fā)生嚴(yán)重核電事故的情況。小型爬壁式監(jiān)測(cè)機(jī)器人主要用于核電站安全性的全面監(jiān)測(cè)，即利用小型、智能、爬壁式機(jī)器人，攜帶多種先進(jìn)傳感器，對(duì)核電站內(nèi)的核輻射強(qiáng)度、氫氣濃度、煙霧濃度、關(guān)鍵設(shè)備及管道的破損情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

核電機(jī)器人雖能在某種程度上解放高輻射環(huán)境下的人類，但是有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，即并非萬(wàn)能式通用，而只適用于在特定環(huán)境下完成特定任務(wù)。由于可完成任務(wù)種類單一，這類機(jī)器人在嚴(yán)重事故發(fā)生時(shí)其作用有限，往往所需數(shù)量較多，而非一個(gè)。

福島核事故中大顯身手

在日本福島核事故中，如何深入核電站內(nèi)部執(zhí)行拍攝、清掃工作成為焦點(diǎn)。對(duì)此，核電救災(zāi)機(jī)器人發(fā)揮了重要作用。核電機(jī)器人可替代人潛入核電站，將拍攝到的圖像傳出來(lái)，讓人們更切實(shí)地了解電站內(nèi)部的真實(shí)狀況，尤其是在福島核電站危險(xiǎn)區(qū)域的監(jiān)測(cè)及瓦礫的清除工作中。

美國(guó)、英國(guó)和日本均先后派遣機(jī)器人抵達(dá)核電廠實(shí)施救援工作。美國(guó)iRobot公司的PackBot機(jī)器人用于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)輻射量，通過(guò)數(shù)百米長(zhǎng)光纖傳回現(xiàn)場(chǎng)圖像和環(huán)境數(shù)據(jù)。英國(guó)QinetiQ公司的Talon機(jī)器人利用搭載的GPS全球定位系統(tǒng)繪制事故現(xiàn)場(chǎng)的放射線量分布圖。日本緊湊型雙臂重型清潔機(jī)器人ASTACO-SoRa用于移除核電站瓦礫。

盡管如此，由于現(xiàn)有技術(shù)不夠成熟，核電站機(jī)器人所能發(fā)揮的功效仍有限。特別是，進(jìn)入安全殼內(nèi)部作業(yè)時(shí)，放射性物質(zhì)裂變而釋放的高頻射線，很容易造成核電機(jī)器人的電子系統(tǒng)瞬間失靈。同時(shí)，強(qiáng)大的屏蔽性使信號(hào)無(wú)法穿透，這正是所有核電機(jī)器人普遍面臨的問(wèn)題。福島事故五年過(guò)去了，由于現(xiàn)場(chǎng)殘留的輻射太強(qiáng)，人們?nèi)詿o(wú)法進(jìn)入核電站內(nèi)部取出那些已經(jīng)熔毀的重達(dá)數(shù)百噸的燃料棒。五個(gè)被送入反應(yīng)爐執(zhí)行清理任務(wù)的機(jī)器人，無(wú)一返回。

目前，東京電力公司已經(jīng)完成大約10%的清理工作，整個(gè)事故現(xiàn)場(chǎng)的完全清理估計(jì)需要長(zhǎng)達(dá)30至40年的時(shí)間，而每一個(gè)清潔機(jī)器人都需要兩年的定制時(shí)間。但是，機(jī)器人仍是清理廢料的唯一希望，超過(guò)100種機(jī)器人正在福島事故現(xiàn)場(chǎng)努力工作著。

中國(guó)核電機(jī)器人正起步

起步晚，我國(guó)多家核電運(yùn)營(yíng)公司大多采購(gòu)國(guó)外的機(jī)器人設(shè)備。不過(guò)，隨著我國(guó)具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)“華龍一號(hào)”的落地，推動(dòng)更多與核電相關(guān)的自主研發(fā)技術(shù)不斷產(chǎn)生。

2012年12月，中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所自行研制的多功能水下智能檢查機(jī)器人通過(guò)專家組鑒定，填補(bǔ)了中國(guó)國(guó)內(nèi)核電智能機(jī)器人的空白，且已先后為秦山核電、中廣核、中國(guó)核動(dòng)力設(shè)計(jì)研究院等多家單位提供支持。

2012年底，我國(guó)973計(jì)劃項(xiàng)目“核電站緊急救災(zāi)機(jī)器人的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題”正式啟動(dòng)，旨在解決國(guó)家核電站事故防范和救援的迫切需求、順應(yīng)核電站緊急救災(zāi)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

2015年6月，國(guó)家863計(jì)劃“核反應(yīng)堆專用機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”課題在廣西防城港核電基地通過(guò)驗(yàn)收，研發(fā)了6款核電智能機(jī)器人。其中，兩款機(jī)器人在核電工程上得到成功應(yīng)用。2015年8月，反應(yīng)堆壓力容器整體式螺栓拉伸機(jī)完成防城港核電2號(hào)機(jī)組壓力容器開(kāi)關(guān)蓋；9月6日，反應(yīng)堆換料機(jī)器人順利完成廣西防城港核電1號(hào)機(jī)組157根核燃料組件的裝載。這大幅度降低新建核電站換料機(jī)器人和螺栓拉伸機(jī)的采購(gòu)成本，其中多項(xiàng)專利技術(shù)成果打破了國(guó)外技術(shù)壟斷。

在此基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)核電企業(yè)、院校、科研院所、裝備制造企業(yè)等31家成員單位共同發(fā)起并組建了“核電智能裝備與機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”，以提升核電機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力。

位于廣東省深圳市大亞灣核電基地的國(guó)家能源核電站核級(jí)設(shè)備研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)基地，是國(guó)內(nèi)第一個(gè)完備的核電技術(shù)研發(fā)、實(shí)驗(yàn)基地，其中核電站機(jī)器人是重要的研發(fā)方向之一。每天都有不同種類的機(jī)器人在基地實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練與培訓(xùn)。

隨著我國(guó)核電產(chǎn)業(yè)步伐的加快，國(guó)內(nèi)對(duì)于核電機(jī)器人的需求將逐漸打開(kāi)。但是，核電機(jī)器人的技術(shù)壁壘和研發(fā)周期遠(yuǎn)高于普通工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人，加上核心技術(shù)仍掌握在國(guó)外大公司手上，目前國(guó)內(nèi)機(jī)器人的研發(fā)力量主要集中在高校，尚無(wú)成功的市場(chǎng)運(yùn)作，推進(jìn)仍需時(shí)日。未來(lái)發(fā)展方向是追趕國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，同時(shí)研發(fā)出更適應(yīng)我國(guó)自主技術(shù)的核電站智能機(jī)器人。

小而智：未來(lái)核電機(jī)器人的基因圖譜

目前，世界核電機(jī)器人的研制已取得了較大的進(jìn)步，在實(shí)際應(yīng)用具有巨大的作用。未來(lái)世界核電機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)將著力解決小型智能核機(jī)器人系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、無(wú)損檢測(cè)與故障診斷技術(shù)、多傳感器信息融合與智能預(yù)警策略、核輻射防護(hù)技術(shù)、惡劣環(huán)境下的高穩(wěn)定遙操作技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)難題。從成本低、運(yùn)動(dòng)靈活、操作方便等角度考慮，將繼續(xù)向小型化、智能化、實(shí)用化方向發(fā)展。

未來(lái)機(jī)器人要有良好的抗輻射能力；要能夠到達(dá)多個(gè)位置，需要在容器罐、管道以及地面上自由行走，有靈活的機(jī)動(dòng)能力；可攜帶相應(yīng)的敏感器，對(duì)核電站內(nèi)部環(huán)境、相關(guān)設(shè)施等進(jìn)行探測(cè)，即具有充分的智能感知能力；還既要具有自主運(yùn)行的能力，也要支持遙操作，使得操作員可隨時(shí)干預(yù)、控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，并能臨機(jī)處理突發(fā)事件。

然而，核電機(jī)器人的研發(fā)還需要攻克許多技術(shù)難點(diǎn)，核電機(jī)器人的應(yīng)用也將面臨更多的挑戰(zhàn)。

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