日本福島核泄漏災(zāi)害發(fā)生5年來(lái)，抗輻射救災(zāi)機(jī)器人的研制有了長(zhǎng)足進(jìn)展。
2011年3月11日，9級(jí)地震和隨之引發(fā)的大海嘯導(dǎo)致福島**核電站核泄漏時(shí)，日本尚無(wú)能勝任在核泄漏現(xiàn)場(chǎng)工作的機(jī)器人。
時(shí)至今日，越來(lái)越各種形態(tài)、功能各異的救災(zāi)機(jī)器人被開發(fā)出來(lái)，活躍在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)。
災(zāi)害的挑戰(zhàn)
本田的人形機(jī)器人“阿西莫”，會(huì)優(yōu)雅地行走，也會(huì)倒茶送水。2011年3月11日9級(jí)地震和大海嘯導(dǎo)致日本福島**核電站泄露時(shí)，有人在網(wǎng)上說(shuō):“既然4號(hào)核反應(yīng)堆內(nèi)部的核輻射量太高，人類無(wú)法進(jìn)入，何不派“阿西莫”進(jìn)去一探究竟呢?”
如果在危機(jī)發(fā)生的早期，在工程師們迫切希望了解受損反應(yīng)堆堆芯內(nèi)部和建筑物內(nèi)核輻射水平時(shí)，機(jī)器人能夠提供這方面的數(shù)據(jù)就好了。但遺憾的是，無(wú)論是為在室內(nèi)移動(dòng)而設(shè)計(jì)的“阿西莫”，還是日本其他大受吹捧的機(jī)器人，都無(wú)法應(yīng)對(duì)福島核電站廢墟內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)的挑戰(zhàn)。為此，福島**核電站的運(yùn)營(yíng)商———東京電力公司，不得不求助于美國(guó)**機(jī)器人———iRobot公司的510PacKBot等，以盡可能獲得更多核電站內(nèi)部情況的**手圖像資料。2011年6月，在事故發(fā)生2個(gè)多月后，改進(jìn)版的日本救援機(jī)器人“昆西”**進(jìn)入核事故廢墟中的建筑物內(nèi)。
福島核電站事故后，越來(lái)越多的機(jī)器人在強(qiáng)輻射區(qū)域內(nèi)代替人類承擔(dān)各種危險(xiǎn)的工作，圖為表現(xiàn)*為出色的幾種新型機(jī)器人。 事故發(fā)生后的5年內(nèi)，大批被寄予厚望的機(jī)器人終于開始進(jìn)入被熔毀的反應(yīng)堆，在拆除核反應(yīng)堆、**核污染的艱苦任務(wù)中，起了關(guān)鍵性作用。具有各種特殊能力，如消除污染、**熔化核燃料等的機(jī)器人，雖然已取得了一些進(jìn)展，但也遇到了一些障礙，但他們知道，他們創(chuàng)建的機(jī)器人需要具有適應(yīng)性。“對(duì)于超出期望和想象范圍的不可預(yù)見的情況，我們必須有所準(zhǔn)備。”日本仙臺(tái)東北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)“昆西”的機(jī)器人專家田所諭說(shuō)。
研發(fā)應(yīng)急機(jī)器人
日本從上世紀(jì)80年代開始，研發(fā)應(yīng)用于核電站的機(jī)器人就已列入了國(guó)家計(jì)劃，但進(jìn)展緩慢。**個(gè)適用于核電站的機(jī)器人是由東芝公司和東京大學(xué)研究人員于1985年研制的“阿姆替”，這個(gè)抗強(qiáng)輻射的履帶式機(jī)器人可以在模擬核電廠內(nèi)攀爬樓梯和處理物件。但是，1999年日本東海村鈾處理工廠內(nèi)發(fā)生事故，導(dǎo)致2名工人死亡、工廠遭到污染時(shí)，“阿姆替”機(jī)器人仍處于實(shí)驗(yàn)階段，無(wú)法投入實(shí)際使用。
在東海村事故之后的幾年里，日本開發(fā)了其他應(yīng)對(duì)處理核事故災(zāi)難的機(jī)器人，引進(jìn)了法國(guó)Cybernetix公司研制的配備了輻射屏蔽、攝像照相功能和一個(gè)機(jī)械手的大型移動(dòng)機(jī)器人“曼海爾”。但就在福島核災(zāi)難發(fā)生之前，東京電力公司和測(cè)試人員認(rèn)為“曼海爾”體積過(guò)大、速度太慢且沒(méi)有效率，而此時(shí)政府資助資金也已告罄，該計(jì)劃*終擱置下來(lái)。“曼海爾”被陳列在東北大學(xué)里，其他一些機(jī)器人也或被封存閑置或被拆解利用。《亞太日?qǐng)?bào)》 撰文稱，對(duì)核電站**的盲目信賴，以及缺乏長(zhǎng)期的資金支持，導(dǎo)致了日本救災(zāi)機(jī)器人開發(fā)計(jì)劃的夭折。
2011年3月11日的核災(zāi)難事故發(fā)生之后，機(jī)器人的首要任務(wù)是進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)受損情況，獲取輻射量、溫度和濕度等變化的數(shù)據(jù)資料，因?yàn)楹耸鹿尸F(xiàn)場(chǎng)對(duì)于人類工作人員來(lái)說(shuō)，畢竟是一個(gè)太過(guò)危險(xiǎn)的地方。PacKBot機(jī)器人在探索了1號(hào)反應(yīng)堆和3號(hào)反應(yīng)堆建筑*下面的一層后，發(fā)現(xiàn)其*大輻射水平達(dá)到每小時(shí)幾十毫西弗 (mSv)，暴露在這樣的輻射水平中不到**就會(huì)超過(guò)整年的**上限250毫西弗。“有了PacKBots和另外兩臺(tái)710Kobra機(jī)器人繪制的事故現(xiàn)場(chǎng)輻射和溫度圖，東京電力公司的工人們得以快速通過(guò)暴露于*少輻射的路徑進(jìn)入反應(yīng)堆建筑內(nèi)部。”馬薩諸塞州貝德福德iRobot公司副總裁蒂姆·特雷納說(shuō)。
但是，反應(yīng)堆建筑物內(nèi)部地面和樓層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有很多樓梯和厚混凝土墻，對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)和無(wú)線通信形成了很大的障礙。iRobot機(jī)器人無(wú)法順利地爬上光滑的樓梯，轉(zhuǎn)彎也有困難。很顯然，救災(zāi)需要更強(qiáng)大的機(jī)器人。東京電力公司與日本政府聯(lián)系了千葉工業(yè)大學(xué)和東北大學(xué)的機(jī)器人專家，很快對(duì)“昆西”進(jìn)行了改進(jìn)。配備了兩個(gè)攝像頭、一個(gè)劑量計(jì)以及一根長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米供電與通信用電纜的新型“昆西”，對(duì)2號(hào)反應(yīng)堆建筑物的上部樓層進(jìn)行了探查。因?yàn)榘惭b了履帶，它可以在樓梯和現(xiàn)場(chǎng)殘骸間攀爬移動(dòng)。
更復(fù)雜的機(jī)器人“迷迭香”和“櫻花”也被送到了反應(yīng)堆建筑物里面。“櫻花”用于通信中繼，“迷迭香”通過(guò)英國(guó)開發(fā)的由輻射測(cè)量?jī)x、魚眼相機(jī)和激光測(cè)距儀結(jié)合在一起的系統(tǒng)，可自動(dòng)生成建筑物內(nèi)部的輻射水平3D圖。
機(jī)器人開始進(jìn)化
到目前為止，已有10多個(gè)機(jī)器人開發(fā)出來(lái)并進(jìn)入核電站核心部位進(jìn)行近距離探查。由于需要不斷注水冷卻受損的核反應(yīng)堆，機(jī)器人不得不在大片水塘中涉水而過(guò)。還有兩個(gè)蛇形機(jī)器人從管道中通過(guò)，進(jìn)入1號(hào)反應(yīng)堆48米高的主容器中，確定燃料的熔化狀態(tài)，雖然有一個(gè)在進(jìn)入過(guò)程中曾被卡住，但這兩個(gè)機(jī)器人帶回了寶貴的視頻和輻射劑量信息。在黑暗而霧氣騰騰的反應(yīng)堆內(nèi)部，機(jī)器人要在輻射劑量達(dá)每小時(shí)25西弗的惡劣環(huán)境中工作，人類進(jìn)入這樣的環(huán)境中幾分鐘內(nèi)就會(huì)喪命。
制造商目前正在開發(fā)可以處理退役核反應(yīng)堆設(shè)施的機(jī)器人，如東芝公司開發(fā)的機(jī)器人用干冰噴射3號(hào)反應(yīng)堆污染表面，檢查通風(fēng)管道是否泄漏，切割和**覆蓋在燃料棒組件上的殘骸碎片等。本田公司在“阿西莫”活動(dòng)關(guān)節(jié)部位穩(wěn)定性技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了可垂直延伸7米以檢查上方角落部位的機(jī)器人。“根據(jù)探查目的和受損程度的不同，每一個(gè)機(jī)器人都承擔(dān)各自不同的特殊任務(wù)。”核電站國(guó)際研究所發(fā)言人伊藤智久說(shuō)，該研究所正在致力于研究開發(fā)用于福島核電站事故清理的新技術(shù)。
“福島事件的教訓(xùn)之一，是機(jī)器人研發(fā)遲滯對(duì)事故應(yīng)對(duì)和處理產(chǎn)生的不利影響。”來(lái)自波士頓的工程師吉爾·普拉特說(shuō)。在加入豐田公司領(lǐng)導(dǎo)新型人工智能實(shí)驗(yàn)室之前，普拉特曾主持了美國(guó)國(guó)防**研究計(jì)劃局機(jī)器人挑戰(zhàn)賽。他說(shuō)，機(jī)器人專家需要開發(fā)可以即刻部署并無(wú)需額外培訓(xùn)或適應(yīng)的應(yīng)急機(jī)器人設(shè)備，“福島事件的教訓(xùn)是，災(zāi)害事件通常以一種快速降臨并難以預(yù)測(cè)的方式出現(xiàn)，給予人們有效干預(yù)的時(shí)間很少。”普拉特說(shuō)。通過(guò)福島事件，機(jī)器人已經(jīng)開始進(jìn)化，但在未來(lái)核事故發(fā)生之后的短時(shí)間內(nèi)，機(jī)器人和它們的人類主人必須要做出更為迅速敏捷的反應(yīng)。
大災(zāi)五年后的福島
日本福島**核電站核泄露事故發(fā)生已有5年，努力恢復(fù)正常秩序的工作一直在進(jìn)行中，日本政府在付出巨大努力之后，**掉了900萬(wàn)立方米的被污染土壤和植物葉子，建筑物和道路也進(jìn)行了徹底的清洗，預(yù)定目標(biāo)要將室外輻射減少到每小時(shí)0.23微西弗。過(guò)去5年里，福島核電站的放射性物質(zhì)和核燃料已大幅減少，預(yù)計(jì)**熔化核燃料及拆除4個(gè)反應(yīng)堆室的工作將持續(xù)30至40年，清理成本將可能超過(guò)90億美元。
水污染是目前*大的挑戰(zhàn)。為阻止更多的污染水流入海洋，東京電力公司將污染水收集起來(lái)存儲(chǔ)在10米高的鋼罐中，這些儲(chǔ)存了約75萬(wàn)噸污染水的大罐子幾乎堆滿了核電站的每一個(gè)角落。政府正在對(duì)**污染水中放射性同位素氚的實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，核電站負(fù)責(zé)人稱，在再也找不到地方存放這些儲(chǔ)水罐之前，亟需找到新的解決辦法。
東京電力公司通過(guò)讓地下水改道離開核輻射區(qū)，每天減少地下水滲透約150噸。現(xiàn)在要將剩余的地下水凍結(jié)起來(lái)，借鑒了隧道施工的技術(shù)，他們將1500根管子打入30米深的巖床，通過(guò)管道中-30°C的循環(huán)冷卻海水，將管道周圍土壤凍結(jié)起來(lái)，避免地下水進(jìn)一步被污染。
*艱巨的任務(wù)是回收燃料碎片。國(guó)際核電站退役研究所利用 μ介子對(duì)反應(yīng)堆內(nèi)部進(jìn)行探索，確認(rèn)熔化燃料的位置和具體狀態(tài)，通過(guò)μ介子成像幫助找到燃料碎片。東京電力公司還計(jì)劃利用機(jī)器人勘查繪制燃料碎片分布位置圖，以制定進(jìn)一步的**措施。
去年9月，日本政府開始全部或部分解除對(duì)核電站20公里范圍內(nèi)7個(gè)城市的疏散命令。隨著清理工作的深入，預(yù)計(jì)70%的疏散人員將在2017年春季被允許返回家園。