由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的一對(duì)自動(dòng)機(jī)器人將很快在美國(guó)能源部位于俄亥俄州皮克頓的鈾濃縮工廠通過數(shù)英里的管道，以識(shí)別管壁上的鈾礦床。

CMU機(jī)器人已經(jīng)證明它可以比管道內(nèi)部更精確地測(cè)量輻射水平。除了節(jié)省勞動(dòng)力成本之外，它的使用還大大減少了工人的危險(xiǎn)，否則他們必須手工進(jìn)行外部測(cè)量，穿上防護(hù)裝備，并使用升降機(jī)或腳手架到達(dá)高架管道。

美國(guó)能源部官員估計(jì)，機(jī)器人可以節(jié)省數(shù)千萬美元，用于完成Piketon樸茨茅斯氣體擴(kuò)散廠的鈾礦床特征，并在肯塔基州帕迪尤卡的類似鈾濃縮工廠節(jié)省大約5000萬美元。

“這將改變從現(xiàn)在開始測(cè)量鈾礦床的方式，”機(jī)器人學(xué)教授兼現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人中心主任William“Red”Whittaker預(yù)測(cè)道。

高級(jí)項(xiàng)目科學(xué)家Heather Jones將于周三在亞利桑那州鳳凰城的廢物管理會(huì)議上發(fā)表兩篇關(guān)于該機(jī)器人的技術(shù)論文。CMU還將在會(huì)議期間展示機(jī)器人的原型。

CMU正在建造兩個(gè)名為RadPiper的機(jī)器人，并將在5月向DOE龐大的3,778英畝樸茨茅斯站點(diǎn)提供生產(chǎn)原型單元。RadPiper采用CMU發(fā)明的新型“圓盤準(zhǔn)直”輻射傳感器。由Whittaker領(lǐng)導(dǎo)的CMU團(tuán)隊(duì)去年開始了這個(gè)項(xiàng)目。該團(tuán)隊(duì)與DOE和退役承包商Fluor-BWXT樸茨茅斯密切合作，以緊張的時(shí)間表制造原型并于去年秋天在樸茨茅斯進(jìn)行測(cè)試。

自2000年關(guān)閉以來，該工廠于1954年開始運(yùn)營(yíng)，生產(chǎn)濃縮鈾，包括武器級(jí)鈾。占地面積1060萬平方英尺，是美國(guó)能源部最大的屋頂設(shè)施，擁有三座大型建筑，其中包括158個(gè)足球場(chǎng)的濃縮工藝設(shè)備。過程建筑物包含超過75英里的過程管道。

在DOE凈化，解除和拆除設(shè)施之前找到鈾礦床是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。在第一座工藝建筑中，人員在過去三年中手動(dòng)完成了140多萬次工藝管道和部件的測(cè)量，并接近宣布建筑“冷和黑”。

美國(guó)能源部環(huán)境管理辦公室技術(shù)開發(fā)總監(jiān)Rodrigo V. Rimando表示，“在下一個(gè)工藝大樓中，要有超過15英里的管道，需要尋求更智能的方法。” “我們預(yù)計(jì)RadPiper可以節(jié)省大約八比一的管道。” 即使使用RadPiper，也必須在某些組件中手動(dòng)識(shí)別核沉積物。

RadPiper最初將在直徑為30英寸和42英寸的管道中運(yùn)行，并將描述每英尺長(zhǎng)管段的輻射水平。具有潛在危險(xiǎn)量的鈾-235的那些部分，即核反應(yīng)堆和武器中使用的鈾的裂變同位素，將被移除和凈化。工廠的絕大部分管道將保留在原位，并將與設(shè)施的其余部分一起安全拆除。

無繩機(jī)器人在一對(duì)柔性軌道上以穩(wěn)定的速度穿過管道。瓊斯說，雖然管道是直管段，但自動(dòng)機(jī)器人配備了激光雷達(dá)和魚眼攝像頭來檢測(cè)前方的障礙物，例如關(guān)閉的閥門。完成一系列管道后，機(jī)器人自動(dòng)返回其啟動(dòng)點(diǎn)。集成的數(shù)據(jù)分析和報(bào)告生成使核分析師免于耗時(shí)的計(jì)算，并在同一天提供報(bào)告。

機(jī)器人的盤式準(zhǔn)直傳感儀使用標(biāo)準(zhǔn)的碘化鈉傳感器來計(jì)算伽馬射線。傳感器位于兩個(gè)大型引線盤之間。鉛盤阻擋來自鈾礦床的伽馬射線，這些鈾沉積物位于管道的一英尺長(zhǎng)的區(qū)域之外，在任何給定時(shí)間都會(huì)被表征。惠特克表示，CMU正在尋求該儀器的專利。

機(jī)器人研究所和惠特克在核設(shè)施中擁有豐富的機(jī)器人經(jīng)驗(yàn)，包括機(jī)器人的設(shè)計(jì)和建造，以幫助清理賓夕法尼亞受損的三里島反應(yīng)堆大樓和烏克蘭殘廢的切爾諾貝利反應(yīng)堆。

作為CMU稱之為管道爬行活動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的一部分，能源部已向CMU支付了140萬美元用于開發(fā)機(jī)器人。

Rimando說，除了樸茨茅斯和帕迪尤卡工廠外，機(jī)器人在美國(guó)能源部的防御核清理計(jì)劃中也可能有用，這項(xiàng)計(jì)劃甚至還不完整。其他可能使用機(jī)器人的地方是南卡羅來納州艾肯的薩凡納河遺址和華盛頓里奇蘭的漢福德遺址。

“隨著至少50年的核清理工作的進(jìn)行，機(jī)器人研究所可以成為DOE未來幾代人的主要機(jī)器人管道，”他補(bǔ)充說。