机器人为核安全与核废料的处理开辟了全新的解决方向

也许你还记得，几年前在地震和海啸中受到重创的福岛核电站产生了巨大的核泄漏危机。由于核辐射会对人类产生不可逆转的伤害，使得救援人员无法靠近反应堆核心进行施救。而唯一的解决方案就是派遣机器人进入废墟中进行施救，减小灾害带来的影响。

此外，核电站、核废料的处理也需要机器人的充分参与。据公开数据显示，在所有欧盟国家中，法国的放射性废物最多，接近150万立方米，占该欧盟总数的44％。英国处于第二位，超过120万立方米。如以重量统计，英国有近500万吨遗留核废料，而清理这些废料是整个欧洲在环境修复问题上所面临的最严峻挑战。

在整个欧盟范围内，已有90多座核反应堆被永久关闭，而更多设施将被停止使用。根据欧盟2021~2027预算，欧盟委员会已提议在核安全问题上拨款约12亿欧元。

为让机器人在危险环境中发挥更大作用，德国波恩大学研究人员们启动了一个名为“半人马”的灾难救援机器人项目，旨在构建一个多功能的稳定救援机器人平台以协助救援人员在恶劣环境中执行紧急任务。

半人马Centauro机器人

Centauro高达1.5米，重达93公斤，由铝等轻质金属制成，其塑料皮肤通过3D打印技术而获得。它有一个类似人首马身的车身设计，运动部门由四条具有多个自由度的腿构成，每条腿同时带有可转向的车轮结构，这种四足机器人比双足机器人更加稳定。机器人的腿包含六个自由度，由于能够在臀部、膝盖和脚踝处旋转，灵活的关节保证了它在恶劣环境中自如的运动。

渲染图和原型机图片

Centauro是名副其实的半人马。除了四肢外它还拥有灵巧的上半身，包含了两条手臂和灵活的手部；强健的双手和双腿可以帮助它抬起沉重的物体，而灵活的双手则可以帮助它操作工具并并打开门窗、阀门等装置。此外它还能够使用特定的工具执行操作任务，精度上甚至达到了与人类媲美的地步。该机器人配备了由三台车载计算机提供的计算能力，分别用于实时控制、高级运动规划和感知处理。

Centauro机器人的操作主要由人类通过远程操作来控制。机器人对环境的感知通过远程信号传输到控制人员的VR头盔中，研究人员根据传输回的三维环境视觉信息进行判断，并利用力反馈系统对机器人下达遥操作命令，从而完成任务作业。

虽然是远程操作，但机器人也具有一定程度的自主性。例如，如果告知机器人移动到特定位置或抓住某个物体，它将进行自我计划并执行该操作。测试表明，机器人能成功爬上楼梯、绕过障碍、跨过空隙、打开门锁、操作阀门和电动工具等。由此，CENTAURO灾难响应系统提供了现实任务所需的高度灵活性。譬如在控制重物和击碎木片上，机器人的移动性、操纵性和全身控制技能都得到了验证。

不过目前Centauro项目组仍认为该项目不够成熟，暂时不能应用于真实的辐射环境之中。与此同时，而另一项目组则开始尝试将其开发的机器人投入到核辐射环境中使用。

以清理核废料为目标的RoMaNs项目

英国伯明翰大学的研究人员正在开发能够在高辐射环境中工作的机器人，以协助清理过去半个世纪以来残留的核废料。该大学提出了RoMaNs项目来应对日益严峻的核废料处理，这一项目旨在使用机器人技术进行核物质的清理。

该项目正在设计机器人的自主行为，以便机器人可以根据污染程度对放射性废物进行分类。即便是穿着防护服，人类也会暴露在高强度辐射下。由于核辐射对人体所造成的巨大威胁，研究人员认为类任务只能通过机器人完成。

在废墟中主要的任务是抓取和对设备的操作，同时还需要经受住强辐射对控制、感知和运动系统的考验。例如在处理核废料过程中，机器人需要打开旧的容器、整理甚至切割肥料，并为新来的废料准备安全的容器。其核心在于对废料的排序分离和隔离。

目前的这类操作主要由人类操作员费劲、低效的操作机器人远程控制，缓慢的进行作业。而RoMaNS的目标在于寻找一种机器人可以更高效快速处理这一任务的新方法。研究人员为这一任务研发了新型的可以经受高强度辐射的灵巧手，随后建立了一套有效的力传感遥操作系统。

在此基础上，研究人员开发了“自动化”的控制算法，仅仅需要根据视频点点鼠标机器人系统便会利用目标检测来自动进行抓取和操作。同时“标准”操作还允许AI和机器人分工协作。

参考>>https://cordis.europa.eu/project/rcn/194336/reporting/en

人工智能进行控制

由人类遥操作的机器人在抓取和移动无法预测形状、大小的物体上存在困难。为解决这一问题，该团队开发了一种自动视觉引导机器人，该机器人使用人工智能来协助操作人员。他们的项目合作伙伴CEA（法国替代能源和原子能委员会）创造了一个带有手掌和手指的核适应机器人手臂，由机器人手套或操作员佩戴的触觉外骨骼控制。

由CEA开发的具有三指手的外骨骼装置，该装置可以捕捉操作员的动作以控制机器人的手部动作。 图片来源：CEA / Stroppa

这个装置就像个人机一体的操作装置。因此，当操作员移动手臂和手指时，放射性区域中的机器人臂会移动其手臂和手指。该系统使用人工智能进行自动视觉，使机器人知道如何检测、识别和拾取各种物体。人类操作员通过远程操作和人工智能与机器人共享机器人手臂的控制权。例如，当操作者移动手臂时，机器人同时也可以控制手的方向以更轻松的方式抓取物体，或者说计划抓取物体的机器人将向操作员显示其意图以进行确认。

机器人（人工智能）正在代替人类完成危险和艰苦的工作，但人类仍在某种程度上对机器人的行为负责。RoMaNs团队的工作简化了针对机器人的操控系统，操作员只需要通过鼠标点击特定物体，机器人就能获得相应的指示，靠近并抓取该物体。

当机器人手臂接触物体表面或抓住该物体时，操作员通过机器人手套感觉到传递过来的接触力。虚拟触觉技术让远程操作员了解禁区内的情况非常有用。为使手套正常工作，机器人手臂必须充分感知和适应其进入的环境。为实现这一目标，CEA团队在臂关节中开发了自适应机制，其机械移动就像弹簧一样，且比精密的电子部件更能抵抗辐射。

拭目以待

在英国北部由国家核实验室管理的一个放射性环境中，RoMaNs团队利用其开发的人工智能控制系统成功测试了机器人手臂。这是人工智能控制下的机器人第一次被应用到真实的放射性环境中。

人们曾认为至少需要十年甚至更长的时间才能将这项技术应用到核工业中；但经过多次实验后，RoMaNs团队取得了良好的进展，且认为这一技术将很快应用于核废料的处理和反应堆的善后工作中，为核工业的发展保驾护航。