日本東芝公司日前宣布，將與日本國際核退役研究所合作開發(fā)出一款新型水下機(jī)器人。日本東京電力公司計劃于7月使用機(jī)器人，通過其在福島第一核電站3號機(jī)組的反應(yīng)堆安全殼內(nèi)底部沉積的污水中游動展開調(diào)查。
實際上，從2011年福島核電站事故之后，就陸續(xù)有機(jī)器人進(jìn)入反應(yīng)堆內(nèi)開展調(diào)查，但大部分都因核輻射太高、通訊中斷和地形復(fù)雜等問題很快“陣亡”在核電站內(nèi)。
運用于核工業(yè)的機(jī)器人與其他工業(yè)機(jī)器人最大的不同在于需要承受輻射。核電機(jī)器人的運用范圍不僅是在極端事故情況下的應(yīng)急與救援，更普遍的是在核電站中應(yīng)用。隨著我國核電反應(yīng)堆的增多，核電機(jī)器人將擁有更廣泛空間。
一位從事核級設(shè)備研究的專家告訴記者，核電機(jī)器人與其他工業(yè)用機(jī)器人最大的不同在于需要有抵抗輻射的性能，但其中很多技術(shù)可以民用，例如對固體廢棄物的處理。未來，在民用上或許有較大的產(chǎn)業(yè)化空間。
高輻照成“攔路虎”
2011年“3·11大地震”引發(fā)核泄漏事故后，福島第一核電站1至3號機(jī)組發(fā)生堆芯熔化，即反應(yīng)堆內(nèi)壓力容器中的核燃料棒失去冷卻后迅速升至極高溫度而熔毀，并從壓力容器底部泄漏到外面一層安全殼的底部。
福島第一核電站運營方東京電力公司曾多次利用“機(jī)器人敢死隊”調(diào)查安全殼內(nèi)部狀況，但多臺機(jī)器人均在安全殼內(nèi)“陣亡”。
特別是在最初期進(jìn)入泄漏現(xiàn)場的機(jī)器人，幾乎瞬間就被“秒殺”。當(dāng)時只有美國軍用級的機(jī)器人，如iRobot公司的Packbot 510和Warrior 710，才能進(jìn)入核電站調(diào)查。直到2011年6月，事故發(fā)生2個月后，才有一臺日本千葉工業(yè)大學(xué)研發(fā)的名為Quince的日本機(jī)器人進(jìn)入了核電站的廢墟。
“日本在上世紀(jì)80年代以前，特別是早稻田大學(xué)機(jī)器人研究所，對于核電機(jī)器人的研發(fā)一直處于世界先進(jìn)水平，但之后，因為方向出現(xiàn)偏差，走向娛樂化機(jī)器人的研究，核電機(jī)器人研究進(jìn)度放緩，這或多或少因為沒有獲得東京電力公司的支持。”上述專家告訴記者，“當(dāng)時東京電力公司對核安全的重視不夠，沒有同意與早稻田大學(xué)合作。在這種情況下，日本其他四家電力公司對核電機(jī)器人也沒有足夠重視?！?/p>
“吃一塹，長一智”，日本在福島事故后，開始重新重視核電機(jī)器人的研究。
近年來，包括千葉工業(yè)大學(xué)在內(nèi)的各高校加緊與三菱重工等公司合作研發(fā)各種類型的新機(jī)器人，希望進(jìn)入到核電廠融化核心地點進(jìn)行調(diào)查，從而為將來的去污作業(yè)做出規(guī)劃。
除自己研發(fā)外，日本東京電力公司因為技術(shù)問題也曾試著尋找外援，例如，在2015年10月與法國原子能與可替代能源委員會簽署相關(guān)協(xié)議，以收購能夠承受福島第一核電站反應(yīng)堆安全殼內(nèi)高輻射的機(jī)器人。
招商證券核電設(shè)備分析師諸凱指出，實際上，這些進(jìn)入核島的機(jī)器人本身構(gòu)造都不復(fù)雜，簡單來說是“攝像頭+小車”的結(jié)構(gòu)，但最主要的還是高輻射問題。
“雖然進(jìn)入安全殼內(nèi)調(diào)查的機(jī)器人相比其他類別機(jī)器人在傳感、控制電路板等元器件做了防輻射處理，但目前的技術(shù)還較難承受高輻照劑量下的長時間正常工作。”上述專家表示。
他介紹，以成像元器件為例，目前只有兩種方法用來屏蔽核輻射，一種是用鉛玻璃等材料屏蔽，但會造成設(shè)備笨重；第二種是用距離屏蔽，即攝像頭在前方，用很長的線纜在后端連接成像元器件。
應(yīng)用市場打開
值得注意的是，雖然被稱為“機(jī)器人”，但實際上并不是指人工智能。據(jù)了解，到目前為止，所有部署在日本福島核電反應(yīng)堆清理工作中的機(jī)器人都由人類工作者操控。
上述專家表示，核電設(shè)備最重要的是可靠性，最好是人工操控，而且最好帶線纜，如果機(jī)器人是通過遙控進(jìn)入反應(yīng)堆，出現(xiàn)故障就無法從反應(yīng)堆中撤出而成為固體廢物。進(jìn)入福島核電站進(jìn)行調(diào)查的機(jī)器人已經(jīng)是先例。
諸凱也表示，機(jī)器手還達(dá)不到比較精細(xì)的程度，用人工操作比較可靠一些，在核電特殊環(huán)境下，談人工智能還為時尚早。
而國內(nèi)的核電應(yīng)急機(jī)器人，起步雖晚，但已有所成果。中科院成都光電技術(shù)研究所近日透露，由陸地、水下等4臺應(yīng)急機(jī)器人為一組的國內(nèi)首套核電應(yīng)急機(jī)器人已在該所研制成功，并于去年11月底交付大亞灣核電站。
事實上，除了專門用于核電極端事故的調(diào)查與處理的機(jī)器人，核級機(jī)器人更多用于核電站日常的運行與維修。如果說核電應(yīng)急機(jī)器人還是“觀察型”為主，現(xiàn)在核電站中用的機(jī)器人已經(jīng)可以實現(xiàn)成熟操作。
上述專家表示，核電機(jī)器人的實質(zhì)是代替人的機(jī)械設(shè)備，一方面代替人承受一些高輻射劑量、危險的、勞動強(qiáng)度大的工作，另一方面可以提高生產(chǎn)效率。
2015年6月，由中國廣核集團(tuán)（簡稱“中廣核”）牽頭的國家863計劃“核反應(yīng)堆專用機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”課題在廣西防城港核電基地通過國家科技部專家組的驗收。
而隨著我國核電機(jī)組的持續(xù)增加，核電機(jī)器人的應(yīng)用市場也逐步打開。根據(jù)“十三五”規(guī)劃，到2020年，我國核電運行裝機(jī)容量達(dá)到5800萬千瓦，在建達(dá)到3000萬千瓦以上。
盡管如此，與普通的工業(yè)機(jī)器人相比，核電機(jī)器人的應(yīng)用市場仍相對較小。諸凱表示，很少會有專門做機(jī)器人的公司切入這個細(xì)分領(lǐng)域。主要還是核電企業(yè)與高校、研究所等做產(chǎn)學(xué)研方面的開發(fā)。
上述專家指出，有推廣和產(chǎn)業(yè)化空間的是將日常運維的機(jī)器人做一些減法后進(jìn)行二次開發(fā)，但目前做得比較少。核電本身也是拉動中高端制造業(yè)的重要引擎，是軍民融合的天然載體。
這方面也有了嘗試。2016年8月16日，中廣核與江蘇淮安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，以及青島海爾家居集團(tuán)控股子公司克路德機(jī)器人簽署三方戰(zhàn)略合作協(xié)議，在淮安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)成立合資公司、建設(shè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)，從事核電類機(jī)器人及其他工業(yè)、服務(wù)機(jī)器人項目的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售等，推動核電裝備及工業(yè)機(jī)器人的科研成果轉(zhuǎn)化。