1、日本能否派出機(jī)器人修復(fù)受損的核反應(yīng)堆？IEEE 時(shí)間:2011年06月13日 字 體: 大 中 小關(guān)鍵詞: 許多人都提出了這個(gè)疑問，目前有許多質(zhì)疑和混淆。有一篇報(bào)道甚至指責(zé)日本缺少應(yīng)對(duì)核能危機(jī)的機(jī)器人。 如果在這次日本的事件中，機(jī)器人確實(shí)能夠有所幫助的話，很多人會(huì)大聲疾呼：“趕快派出機(jī)器人！”但事情沒有這么簡(jiǎn)單。為了了解機(jī)器人在福島能做什么、不能做什么，我們采訪了多名專家，聽聽他們是怎么說的。日本能不能派機(jī)器人進(jìn)入反應(yīng)堆來修復(fù)反應(yīng)堆？ 這是一項(xiàng)很困難的任務(wù)。為了了解其中的原因，我們先概括地看一下福島核電站的危急情況。其中一個(gè)最大的問題，是反應(yīng)堆和燃料池已經(jīng)沒有、而且可能持續(xù)沒有冷卻水。更糟糕的

2、是，地震和海嘯以及隨后發(fā)生的火災(zāi)和爆炸，可能會(huì)損壞反應(yīng)堆艙、燃料池、冷卻和控制系統(tǒng)及存放這些物質(zhì)的大樓。 因此，如果要派出機(jī)器人，那么第一個(gè)挑戰(zhàn)是進(jìn)入大樓。日本東北大學(xué)機(jī)器人教授及IEEE會(huì)員Satoshi Tadokoro在仙臺(tái)表示：“移動(dòng)的問題不僅包括崎嶇不平的地形，還包括縫隙和障礙物。路上可能有許多人類可以越過的障礙，但大多數(shù)機(jī)器人卻不能越過這些障礙。” 維吉尼亞科技公司機(jī)器人專家Dennis Hong表示，研究人員一直在研制越過復(fù)雜地形的新方式，使用輪子、腿、履帶、輪腿混合及其它方法，但“類似于這些反應(yīng)堆的環(huán)境，里面有著混亂的鋼條和坍塌的主體，挑戰(zhàn)性非常非常大。” 為什么不使用為復(fù)雜地

3、形設(shè)計(jì)的機(jī)器人？比如搜救機(jī)器人以及伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中使用的拆彈機(jī)器人？ 據(jù)美國(guó)亞特蘭大的佐治亞科技公司機(jī)器人專家Henrik Christensen介紹，有許多機(jī)器人能夠應(yīng)付復(fù)雜的地形、陡峭的斜坡、甚至是臺(tái)階。事實(shí)上，正如我們此前報(bào)導(dǎo)，日本可能會(huì)在搜救和重建中使用這些機(jī)器人。但是這一過程存在著無數(shù)個(gè)其它障礙，比如關(guān)上的門，大多數(shù)移動(dòng)機(jī)器人很難克服這些障礙。 此外，他說，機(jī)器人必須由操作人員遠(yuǎn)程遙控，通信是另一個(gè)挑戰(zhàn)。依賴無線傳輸是一個(gè)問題，因?yàn)榉磻?yīng)堆四周有厚厚的混凝土墻及大量的金屬。一種替代方案是使用繩索，但問題是會(huì)影響范圍和移動(dòng)性。Christensen教授表示：“即使是使用光纖繩索，

4、也很難達(dá)到2公里以上的范圍，因此必須在附近部署人員來操作工具。” 如果反應(yīng)堆內(nèi)部的道路或多或少對(duì)機(jī)器人是通暢的，那么是否還有其它挑戰(zhàn)？ 最大的挑戰(zhàn)是輻射，輻射可能會(huì)損壞微型芯片和傳感器，另外會(huì)破壞半導(dǎo)體中的數(shù)據(jù)（比特）。所以，如果想機(jī)器人持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間來完成復(fù)雜的使命，那么它不僅需要抗輻射的電子器件，還需要重型防護(hù)屏障。 美國(guó)德克薩斯農(nóng)工大學(xué)機(jī)器人輔助搜救中心（CRASAR）主任Robin Murphy博士解釋說，最終可能是，如果想建造一個(gè)能夠克服所有上述挑戰(zhàn)的機(jī)器人（移動(dòng)性、通信、輻射），那么最后這個(gè)機(jī)器要非常大，非常慢。 他解釋：“從某些意義上說，你需要一個(gè)恐龍式的機(jī)器人：體積大，健壯，

5、速度慢，笨（因?yàn)樘幚砥魃伲┘词谷绱耍策€是有時(shí)間上的要求，輻射到了足夠的程度，就會(huì)產(chǎn)生破壞。你不知道在機(jī)器人被破壞之前能有多長(zhǎng)的工作時(shí)間。” 最后，即使機(jī)器人能夠承受輻射，到達(dá)準(zhǔn)確地點(diǎn)，它們必須能夠執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，如打開和關(guān)閉閥門，激活水泵，或處理水龍帶傳送冷卻水。 問題是還沒有一種商用機(jī)器人或科研機(jī)器人是為執(zhí)行這類任務(wù)而設(shè)計(jì)的。任何涉及機(jī)器人的工作都要求很高的臨場(chǎng)應(yīng)變處理能力，而這是一次核危機(jī)，這是在日本，當(dāng)局的行動(dòng)可能會(huì)非常保守。 為什么不使用敏捷的人形機(jī)器人，它們可以在廢墟上行走，操作重型機(jī)械，可以耐受大火和輻射，比如終結(jié)者式的機(jī)器人? 但福島肯定能使用機(jī)器人做一些事情吧？ 機(jī)器人可以做

6、許多事，實(shí)際上是正在做。可能目前最重要的工作是監(jiān)測(cè)輻射。輻射損害等級(jí)使得緊急救援人員不能進(jìn)入大樓，因此我們需要機(jī)器人作為我們?cè)诖髽莾?nèi)部及大樓周圍的眼睛。當(dāng)局只有測(cè)量出損壞情況，才能制訂有效計(jì)劃，控制整個(gè)局面。 Tadokoro教授指出，現(xiàn)場(chǎng)至少已經(jīng)有一臺(tái)機(jī)器人，配備了攝像機(jī)和傳感器，測(cè)量伽馬輻射和中子輻射（參見上圖）。（當(dāng)然，日本當(dāng)局正在地面上使用非機(jī)器人方法測(cè)量輻射，在福島及其它地方則動(dòng)用了飛機(jī)和直升機(jī)。） 坦克式機(jī)器人是日本原子能研究學(xué)會(huì)在1999年東海燃料處理設(shè)施發(fā)生核事故后研制的，它高1.5米，重500公斤。這款機(jī)器人每分鐘移動(dòng)大約40米，可以在距控制器1.1公里的距離內(nèi)操作。研究人員

7、是為多種使命設(shè)計(jì)的這款機(jī)器人，包括開門、轉(zhuǎn)動(dòng)閥門、在管道上鉆孔。這些功能可以用于福島反射堆內(nèi)部，但取決于機(jī)器人能否在變幻莫測(cè)的空間內(nèi)導(dǎo)航。 Tadokoro接著說，如果必需從外面向反應(yīng)堆噴射更多的水，如果使用有人駕駛的卡車，對(duì)車上人員的人身的危害太大。日本已經(jīng)開發(fā)了多款消防機(jī)器人，可以向大樓上噴水。唯一的問題是這些機(jī)器人不是為抗輻射設(shè)計(jì)的，因此必須配備防護(hù)設(shè)施。他說，福島目前是否有消防機(jī)器人還不明確。 日本已經(jīng)請(qǐng)求國(guó)際社會(huì)派出更多的機(jī)器人。日本當(dāng)局顯然計(jì)劃使用機(jī)器人，獲得反應(yīng)堆附近區(qū)域的圖像，清除瓦礫及進(jìn)行其它清理操作。iRobot已經(jīng)應(yīng)日本請(qǐng)求派出PackBots和Warriors地面機(jī)器人

8、。法國(guó)顯然也提供了機(jī)器人。 能不能使用飛行機(jī)器人來檢測(cè)大樓內(nèi)部情況？ 佐治亞科技公司的Christensen和維吉尼亞科技公司的Hong都建議使用無人駕駛機(jī)或UAV生成圖像。Christensen表示：“我非常驚訝的是，他們沒有使用這種方案，提供更好的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像。可以使用無人駕駛機(jī)，生成近距離信息，而不是讓人去冒險(xiǎn)。” 據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國(guó)軍方已經(jīng)派出一駕全球鷹無人駕駛機(jī)，從上方監(jiān)視反應(yīng)堆，據(jù)稱還派出了多架無人直升機(jī)。但日本當(dāng)局可能對(duì)自己的選擇趨于保守，他們首選不使用無人駕駛機(jī)，因?yàn)闊o人駕駛機(jī)可能會(huì)墜毀，而使形勢(shì)進(jìn)一步惡化。 機(jī)器人修復(fù)了墨西哥灣的BP石油泄漏事故。為什么日本不能這樣做？核工業(yè)可以使

9、用機(jī)器人嗎？ 核工業(yè)事實(shí)上也在使用機(jī)器人，核電站越新，自動(dòng)化程度就越高，但你不會(huì)看到機(jī)器人在做雜活兒。機(jī)器人一般用于回收站，回收使用過的燃料。機(jī)器人并不是真正自動(dòng)化的機(jī)器，它們是遙控的機(jī)械臂，處理高度放射性物質(zhì)。 DLR是位于韋斯林的德國(guó)航空中心，其下屬的機(jī)器人和機(jī)電一體化學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)Gerd Hirzinger博士指出，在20世紀(jì)60年代，德國(guó)做了大量的工作，為核電行業(yè)研制遙控操縱器，但中央德國(guó)回收站的計(jì)劃在1989年突然被中止（政府決定在法國(guó)電站進(jìn)行回收），機(jī)器人開發(fā)停止，機(jī)器人專家把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到別的領(lǐng)域。他表示：“但我同意，我們應(yīng)該為所有核電站開發(fā)成熟的、高度可靠的遙控技術(shù)。” 在深水石油開采

10、中，組裝豎井管道、井樓和其它設(shè)備的工具都是為遠(yuǎn)程遙控車或水下機(jī)器人的機(jī)械手設(shè)計(jì)的，而不是為人手設(shè)計(jì)的。換句話說，這些水下機(jī)器人是為操作人員遠(yuǎn)程呈現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。這種方法從來沒有成為核能行業(yè)的一部分，盡管有些人認(rèn)為他們本該用在核能行業(yè)中。開創(chuàng)者M(jìn)arvin Minsky在30多年前就提出過把這種技術(shù)用在核能行業(yè)的要求。三英里島實(shí)際上需要遠(yuǎn)程呈現(xiàn)技術(shù)。我對(duì)核能行業(yè)不能處理意外事件感到非常震驚。大家都看到當(dāng)前技術(shù)在處理?yè)p失及修復(fù)反應(yīng)堆時(shí)靈活性非常差。 當(dāng)前的大問題是核電站并不是為遠(yuǎn)程呈現(xiàn)設(shè)計(jì)的。為什么呢？因?yàn)槠浼夹g(shù)還太過于原始。此外，核電站不是為了在可用時(shí)適應(yīng)先進(jìn)的遠(yuǎn)程呈現(xiàn)系統(tǒng)安裝而設(shè)計(jì)的。這是一個(gè)惡

11、性循環(huán)。 但人類一直在其它核能危機(jī)中使用機(jī)器人，對(duì)嗎？ 是的。Carnegie Mellon機(jī)器人專家William Red Whittaker研制出地面機(jī)器人，在美國(guó)的三里島及烏克蘭的切爾諾貝利應(yīng)對(duì)核能危機(jī)。機(jī)器人主要是通過捕獲現(xiàn)場(chǎng)圖像及監(jiān)測(cè)輻射來提供幫助，除此之外，機(jī)器人并沒有做更多的工作。 為什么日本不得不請(qǐng)求外國(guó)企業(yè)，比如美國(guó)的iRobot公司派出機(jī)器人，而不是使用自己的機(jī)器人呢？ 因?yàn)楦鶕?jù)二戰(zhàn)后規(guī)定，日本機(jī)器人制造商不能出口軍用機(jī)器人。正因如此，日本機(jī)器人不象美國(guó)機(jī)器人那樣在實(shí)際環(huán)境中經(jīng)過全面測(cè)試，比如iRobot公司的PackBot和Foster-Miller公司的Talon，這兩款機(jī)器人都在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中得到應(yīng)用。 此外，日本的無線法規(guī)非常嚴(yán)格，限制了傳輸功率輸出，即使在緊急情況下也是如此，而