Robotterne gøres klar til at komme ind i nukleare no-go-zoner

Robust, intelligente robotter, der reagerer på deres omgivelser, udvikles til at arbejde i situationer, der er for farlige for mennesker, såsom at rydde op i Europas årtier gamle radioaktive affald eller at hjælpe under en nuklear nødsituation.

Da Japans Fukushima-atomkatastrofe ramte i 2011 efter et ødelæggende jordskælv og tsunami, robotterne, der blev indsat for at støtte redningsarbejdere, var meget grundlæggende og stort set ineffektive, siger robotekspert professor Sven Behnke ved universitetet i Bonn i Tyskland.

Ansporet af dette problem, Prof. Behnke og hans team udviklede et robust katastrofeberedskabssystem gennem et projekt kaldet CENTAURO. Robotten styres af et menneske fra sikker afstand, mens forskellige sensorer giver den mulighed for at opfatte sit miljø og videresende information tilbage til sin operatør.

"Hovedoperatøren styrer robotten gennem en telepresence-dragt, som måler bevægelserne af operatørens arme, håndled og fingre og overfører dem til robotten, " sagde projektkoordinator Prof. Behnke. Et hovedmonteret display båret af operatøren giver dem mulighed for at se i 3D, hvad robotten ser fra sit eget perspektiv, tilføjer han.

Opkaldt Centauro, den 1,5 meter høje robot vejer 93 kg, er lavet af letvægtsmetaller som aluminium og har 3-D-printet plastikhud.

Kentaur-lignende

"Roboten har en kentaurlignende kropsplan med fire leddelte ben, der ender i styrbare hjul, " sagde Prof. Behnke. De fire ben gør den mere stabil end tobenede robotter. Da den er i stand til at rotere ved hoften, knæ og ankel, Centauro kan indtage adskillige stillinger og navigere i udfordrende miljøer.

Centauros overkrop har to arme med multifingrede hænder, som gør det muligt for den at løfte genstande og manipulere værktøj og døre. Selvom det er telebetjent, robotten har en vis grad af autonomi. For eksempel, hvis den bliver bedt om at flytte til bestemte steder eller gribe et objekt, vil den planlægge og udføre handlingen.

Sidste år, Centauro blev testet i den virkelige verden, udfordrende scenarier hos den tyske udbyder af atomkatastrofer, Kerntechnische Hilfsdienst GmbH. Det gik med succes op ad trapper, navigerede affald, overvandt huller, låste en dør op, betjente ventiler og elværktøj, og mere, siger prof. Behnke. "CENTAURO-katastrofeberedskabssystemet gav den høje grad af fleksibilitet, der var nødvendig for realistiske missioner, " han sagde.

Prof. Behnke håber, at teknologien en dag kan spille en afgørende rolle i katastrofehjælpsindsatsen, selvom den endnu ikke er klar til at stå over for stråling. Imidlertid, forskere ved University of Birmingham, Storbritannien, er i gang med at udvikle robotter, der kan håndtere høje strålingsniveauer til at rydde op i atomaffald fra det seneste halve århundrede.

I hele Den Europæiske Union, mere end 90 atomreaktorer er blevet permanent lukket ned, mens flere faciliteter står til at blive nedlagt. Under sit budget for 2021-2027, Europa-Kommissionen har foreslået at afsætte næsten 1,2 milliarder euro til nuklear sikkerhed.

"Der er næsten fem millioner tons gammelt atomaffald i Storbritannien, og oprydning af det er den største og sværeste miljøsaneringsudfordring i hele Europa, " sagde robotekspert professor Rustam Stolkin, der koordinerer RoMaNs-projektet.

Professor Stolkin og hans kolleger designer autonom adfærd i robotter, så de kan sortere radioaktivt affald efter forskellige forureningsniveauer.

"Dette kan kun gøres af robotter, fordi dette affald er for radioaktivt til, at mennesker kan komme i nærheden af, selv (når) man bærer beskyttelsesdragter, " sagde prof. Stolkin.

AI-styret

Til dato, robotter, der opererer i farlige miljøer, styres udelukkende af et menneske, men denne envejstilgang ville være omhyggeligt langsom til at gribe og flytte enorme mængder af materialer med uforudsigelige former, størrelser og konsistenser, siger prof. Stolkin.

For at overvinde dette problem, holdet udviklede en selvstændig, vision-guided robot, som bruger AI til at hjælpe den menneskelige operatør.

Deres projektpartner CEA, den franske kommission for alternative energier og atomenergi, skabte en nuklear modstandsdygtig robotarm med en hånd og fingre, som styres af en robothandske, eller haptisk eksoskelet, båret af operatøren.

"Dette nu er lidt ligesom et fancy joystick, " forklarede prof. Stolkin. "Så mens du bevæger din arm og dine fingre, slavearmen i den radioaktive zone bevæger sin arm og sine fingre."

Systemet bruger AI til automatisk syn, giver robotten mulighed for at vide, hvordan den detekterer, genkende og samle alle slags genstande op.

De menneskelige operatører deler kontrollen over robotarmen med robotten gennem tele-operation og AI, siger prof. Stolkin. For eksempel, operatøren kan flytte armen rundt, og robotten styrer automatisk håndens orientering for at gøre grebet lettere, eller robotten, planlægger at gribe en genstand, ville vise sine intentioner for mennesket til bekræftelse.

"Roboten (AI) gør alt det hårde arbejde, men mennesket føler sig stadig ansvarlig på et eller andet niveau, " han sagde.

Sådanne systemer er normalt meget komplekse at kontrollere, siger prof. Stolkin, deres giver dog operatører mulighed for blot at museklikke på en genstand, som robotten går til og griber.

Når robotarmen rører en overflade eller griber en genstand, operatøren mærker kontaktkræfterne gennem robothandsken. At give fjernoperatører situationsbevidsthed om, hvad der foregår inde i no-go-zonen gennem en virtuel følesans, er yderst nyttig, siger prof. Stolkin.

For at handskerne skal virke, robotarmen skal opføre sig adaptivt, reagere på det miljø, de møder, han siger. For at opnå dette, CEA-teamet udviklede adaptive mekanismer i armleddene, der mekanisk bevæger sig ligesom fjedre og er mere modstandsdygtige over for stråling end sarte elektroniske dele.

Nær fremtid

RoMaNs-teamet testede med succes en robotarm med det AI-kontrolsystem, de udviklede, i et radioaktivt miljø i 2017, under fuld nuklear sikkerhed og britiske nationale sikkerhedsbestemmelser, på et sted i det nordlige England, der drives af National Nuclear Laboratory. Dette var første gang nogensinde en AI-styret robot blev indsat i en virkelig verden, radioaktivt miljø.

Prof. Stolkin havde tidligere forestillet sig, at det kan tage mindst et årti mere at overføre disse teknologier til atomindustrien, men siger, at der allerede er planer om at implementere dem på nedlukningssteder i den nærmeste fremtid.

"Da vi foreslog dette, ideen om AI-kontrollerede robotter, det blev betragtet som absurd af denne industri, " han sagde.