日本福島核泄漏災害發(fā)生5年來，抗輻射救災機器人的研制有了長足進展。
2011年3月11日，9級地震和隨之引發(fā)的大海嘯導致福島**核電站核泄漏時，日本尚無能勝任在核泄漏現(xiàn)場工作的機器人。
時至今日，越來越各種形態(tài)、功能各異的救災機器人被開發(fā)出來，活躍在災害現(xiàn)場。
災害的挑戰(zhàn)
本田的人形機器人“阿西莫”，會優(yōu)雅地行走，也會倒茶送水。2011年3月11日9級地震和大海嘯導致日本福島**核電站泄露時，有人在網(wǎng)上說:“既然4號核反應堆內(nèi)部的核輻射量太高，人類無法進入，何不派“阿西莫”進去一探究竟呢?”
如果在危機發(fā)生的早期，在工程師們迫切希望了解受損反應堆堆芯內(nèi)部和建筑物內(nèi)核輻射水平時，機器人能夠提供這方面的數(shù)據(jù)就好了。但遺憾的是，無論是為在室內(nèi)移動而設(shè)計的“阿西莫”，還是日本其他大受吹捧的機器人，都無法應對福島核電站廢墟內(nèi)復雜環(huán)境下執(zhí)行任務的挑戰(zhàn)。為此，福島**核電站的運營商———東京電力公司，不得不求助于美國**機器人———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個多月后，改進版的日本救援機器人“昆西”**進入核事故廢墟中的建筑物內(nèi)。
福島核電站事故后，越來越多的機器人在強輻射區(qū)域內(nèi)代替人類承擔各種危險的工作，圖為表現(xiàn)*為出色的幾種新型機器人。 事故發(fā)生后的5年內(nèi)，大批被寄予厚望的機器人終于開始進入被熔毀的反應堆，在拆除核反應堆、**核污染的艱苦任務中，起了關(guān)鍵性作用。具有各種特殊能力，如消除污染、**熔化核燃料等的機器人，雖然已取得了一些進展，但也遇到了一些障礙，但他們知道，他們創(chuàng)建的機器人需要具有適應性。“對于超出期望和想象范圍的不可預見的情況，我們必須有所準備。”日本仙臺東北大學領(lǐng)導開發(fā)“昆西”的機器人專家田所諭說。
研發(fā)應急機器人
日本從上世紀80年代開始，研發(fā)應用于核電站的機器人就已列入了國家計劃，但進展緩慢。**個適用于核電站的機器人是由東芝公司和東京大學研究人員于1985年研制的“阿姆替”，這個抗強輻射的履帶式機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，導致2名工人死亡、工廠遭到污染時，“阿姆替”機器人仍處于實驗階段，無法投入實際使用。
在東海村事故之后的幾年里，日本開發(fā)了其他應對處理核事故災難的機器人，引進了法國Cybernetix公司研制的配備了輻射屏蔽、攝像照相功能和一個機械手的大型移動機器人“曼海爾”。但就在福島核災難發(fā)生之前，東京電力公司和測試人員認為“曼海爾”體積過大、速度太慢且沒有效率，而此時政府資助資金也已告罄，該計劃*終擱置下來。“曼海爾”被陳列在東北大學里，其他一些機器人也或被封存閑置或被拆解利用。《亞太日報》 撰文稱，對核電站**的盲目信賴，以及缺乏長期的資金支持，導致了日本救災機器人開發(fā)計劃的夭折。
2011年3月11日的核災難事故發(fā)生之后，機器人的首要任務是進入危險區(qū)域調(diào)查現(xiàn)場受損情況，獲取輻射量、溫度和濕度等變化的數(shù)據(jù)資料，因為核事故現(xiàn)場對于人類工作人員來說，畢竟是一個太過危險的地方。PacKBot機器人在探索了1號反應堆和3號反應堆建筑*下面的一層后，發(fā)現(xiàn)其*大輻射水平達到每小時幾十毫西弗 (mSv)，暴露在這樣的輻射水平中不到**就會超過整年的**上限250毫西弗。“有了PacKBots和另外兩臺710Kobra機器人繪制的事故現(xiàn)場輻射和溫度圖，東京電力公司的工人們得以快速通過暴露于*少輻射的路徑進入反應堆建筑內(nèi)部。”馬薩諸塞州貝德福德iRobot公司副總裁蒂姆·特雷納說。
但是，反應堆建筑物內(nèi)部地面和樓層結(jié)構(gòu)復雜，有很多樓梯和厚混凝土墻，對機器人的移動和無線通信形成了很大的障礙。iRobot機器人無法順利地爬上光滑的樓梯，轉(zhuǎn)彎也有困難。很顯然，救災需要更強大的機器人。東京電力公司與日本政府聯(lián)系了千葉工業(yè)大學和東北大學的機器人專家，很快對“昆西”進行了改進。配備了兩個攝像頭、一個劑量計以及一根長達數(shù)百米供電與通信用電纜的新型“昆西”，對2號反應堆建筑物的上部樓層進行了探查。因為安裝了履帶，它可以在樓梯和現(xiàn)場殘骸間攀爬移動。
更復雜的機器人“迷迭香”和“櫻花”也被送到了反應堆建筑物里面。“櫻花”用于通信中繼，“迷迭香”通過英國開發(fā)的由輻射測量儀、魚眼相機和激光測距儀結(jié)合在一起的系統(tǒng)，可自動生成建筑物內(nèi)部的輻射水平3D圖。
機器人開始進化
到目前為止，已有10多個機器人開發(fā)出來并進入核電站核心部位進行近距離探查。由于需要不斷注水冷卻受損的核反應堆，機器人不得不在大片水塘中涉水而過。還有兩個蛇形機器人從管道中通過，進入1號反應堆48米高的主容器中，確定燃料的熔化狀態(tài)，雖然有一個在進入過程中曾被卡住，但這兩個機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堆內(nèi)部，機器人要在輻射劑量達每小時25西弗的惡劣環(huán)境中工作，人類進入這樣的環(huán)境中幾分鐘內(nèi)就會喪命。
制造商目前正在開發(fā)可以處理退役核反應堆設(shè)施的機器人，如東芝公司開發(fā)的機器人用干冰噴射3號反應堆污染表面，檢查通風管道是否泄漏，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器人。“根據(jù)探查目的和受損程度的不同，每一個機器人都承擔各自不同的特殊任務。”核電站國際研究所發(fā)言人伊藤智久說，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)。
“福島事件的教訓之一，是機器人研發(fā)遲滯對事故應對和處理產(chǎn)生的不利影響。”來自波士頓的工程師吉爾·普拉特說。在加入豐田公司領(lǐng)導新型人工智能實驗室之前，普拉特曾主持了美國國防**研究計劃局機器人挑戰(zhàn)賽。他說，機器人專家需要開發(fā)可以即刻部署并無需額外培訓或適應的應急機器人設(shè)備，“福島事件的教訓是，災害事件通常以一種快速降臨并難以預測的方式出現(xiàn)，給予人們有效干預的時間很少。”普拉特說。通過福島事件，機器人已經(jīng)開始進化，但在未來核事故發(fā)生之后的短時間內(nèi)，機器人和它們的人類主人必須要做出更為迅速敏捷的反應。
大災五年后的福島
日本福島**核電站核泄露事故發(fā)生已有5年，努力恢復正常秩序的工作一直在進行中，日本政府在付出巨大努力之后，**掉了900萬立方米的被污染土壤和植物葉子，建筑物和道路也進行了徹底的清洗，預定目標要將室外輻射減少到每小時0.23微西弗。過去5年里，福島核電站的放射性物質(zhì)和核燃料已大幅減少，預計**熔化核燃料及拆除4個反應堆室的工作將持續(xù)30至40年，清理成本將可能超過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存儲在10米高的鋼罐中，這些儲存了約75萬噸污染水的大罐子幾乎堆滿了核電站的每一個角落。政府正在對**污染水中放射性同位素氚的實驗技術(shù)進行評估，核電站負責人稱，在再也找不到地方存放這些儲水罐之前，亟需找到新的解決辦法。
東京電力公司通過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，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，避免地下水進一步被污染。
*艱巨的任務是回收燃料碎片。國際核電站退役研究所利用 μ介子對反應堆內(nèi)部進行探索，確認熔化燃料的位置和具體狀態(tài)，通過μ介子成像幫助找到燃料碎片。東京電力公司還計劃利用機器人勘查繪制燃料碎片分布位置圖，以制定進一步的**措施。
去年9月，日本政府開始全部或部分解除對核電站20公里范圍內(nèi)7個城市的疏散命令。隨著清理工作的深入，預計70%的疏散人員將在2017年春季被允許返回家園。