有望代替人类抢险 救灾机器人被寄予厚望

2011-3-21 08:55 来源: 科学时报
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面对可怕的核泄漏,如果让机器人代替人类抢险该多好

目前世界范围内,仅有个别型号的机器人具备耐高强辐射的能力

  为什么不用救灾机器人尽量替代人的工作?日本9级地震引发核危机后,应急人员冒死坚守在核电站,让很多人提出了这个问题。

  机器人也怕强辐射

  目前国内外的救灾机器人本领如何?《科学时报》记者日前采访了中国科学院沈阳自动化研究所专家。该所被称为中国机器人的摇篮,也承担了“863”重点项目“救灾救援危险作业机器人技术研究”。

  该所机器人学国家重点实验室副主任韩建达告诉记者,救灾是特种机器人的一个重要应用领域,也是重点发展方向之一,主要包括两种类型:一种是搜索探测类,主要用于拓展人的搜索空间。它可以承载视觉、听觉、生命探测等传感器,大范围或者在人不可达区域进行搜索探测。另一类是作业机器人,它带有手臂,可以操作一些工具,在人不可达的危险环境下进行作业,如开闭阀门、捡拾和切断物体等。

  但是,机器人想要在强震后发生泄漏的核电站大显身手,却不是件易事。“机器人也怕强辐射,机器人的电子器件受到强烈核辐射会很快失效。”自动化所研究员姚辰说。姚辰是危险作业机器人方面的专家,他说,当年的切尔诺贝利事故为机器人提供了强辐射条件下的实战机会。结果,除了一台德国产机器人坚持超过了20分钟,其余机器人几乎都在短时间内就失去了作业能力。

  而且目前的抢救措施以喷水降温为主,姚辰认为,与水车的载水量相比,机器人能够携带的水量实在太少,所以机器人只能在降温成功后再出马担任探查作业等工作。这印证了外国媒体的一则报道:尽管日本科技部一位官员此前称,一个机器人已被用于探测福岛核电站事故发生地的辐射水平,但是日本核安全机构官员西山英彦表示:“我们没有收到任何有关机器人被使用的报道。”

  研发充满挑战

  强震对救灾危险作业机器人提出了很多要求。韩建达说,这类机器人首先在结构上要有很强的环境适应性,能在灾害现场的复杂环境内运动、搜索;其次要有很好的自主能力,也就是机器人要尽量少地依赖人的遥控,可以自主完成搜救使命,极大提高搜救效率;再次,要为机器人配备搜救必需的各种传感器,如生命探测装置、有毒有害腐蚀放射物质探测装置等。而且,机器人自身的防护也很重要,需要具备防尘、防水、防易燃易爆危险气体、抗腐蚀、防辐射等特性。

  在这些特性中,防辐射,尤其是防强辐射就是一个难题。姚辰介绍,因为电子器件怕核辐射,所以需要使用具有耐强辐照能力的电子元器件或对电子器件进行铅(或其他重金属)防护,可这样却导致了一个恶性循环。和其他的危险作业救灾机器人一样,耐辐射救灾机器人的地面通过能力要求比较高,必须能成功绕过、越过障碍物,进入到核事故发生地内部。

  而重金属的防护罩一般都很重,会导致机器人移动能力下降,人们只能加大机器人的电机功率,而电机功率增大往往导致机器人体积变大,又需要更大更重的防护装置。“有点像揉面,水多加面、面多加水。”

  姚辰介绍说,过去危险作业机器人主要应用于正常安全工作的核电站,通常其作业环境的辐射能级比较低,不足以在短时间内对机器人的核心元器件造成致命损害。而发生事故后的核电站辐射水平远高于正常值,要求机器人具有极强的耐辐射能力。目前世界范围内,仅有个别型号的核辐射环境工作的机器人具备这种能力。

  为有效应对核能高速发展带来的广泛的核安全问题,我国在“十一五”末期已经启动了在强辐射环境下工作的危险作业机器人的研究和探索工作,并已取得阶段性成果。例如中科院沈阳自动化所联合多家单位研制的核化侦察机器人,已初步具备在强核辐射环境下工作的能力,其防护等级达到40戈瑞(辐射剂量单位),现在已经配备给不久前成立的国家核生化应急救援队。

  期待未来大显身手

  在“863”计划支持下,我国已经研制出4种面向灾难搜救、特别是地震搜救的机器人,包括旋翼飞行机器人,废墟表面、废墟洞穴、废墟缝隙搜索机器人,去年还在北京凤凰岭的国家地震救援基地成功进行了实战演习。韩建达说,目前我国救灾机器人已经有了几种类型的试验样机,处于向实用系统过渡的阶段;但在救灾机器人的种类上,还有待进一步系列化。“国际上用于搜索的机器人与我国类似,但最近国外有一些大型、重载机器人值得关注。”韩建达建议国家在“十二五”期间继续立项支持相关研究。

  姚辰则特别指出,核电站建设时就要为机器人预留救援通道,“如果要求机器人力量大,相应地,机器人体积也会大,那么一般的人用通道是不够的。上世纪70年代核电站建设时可能没有这方面考虑,并且当时的机器人技术发展也不够成熟,现在在建的大多数核电站应该考虑预留机器人救援通道”。而且,姚辰对耐辐射救灾机器人的研发潜力表示乐观。

  另据德国《图片报》日前报道,为了应对福岛核电站危机,日本已向德国政府请求提供远程遥控机器人。德国联邦公民保护和灾难救援署负责人克里斯托弗·温格表示:“在德国,这种机器人用于核心技术设备中,因此需要日本提供详细的要求,我将向联邦各州征调这种机器人。”

  从网上留言看,网友们对救灾机器人在核危机应对中发挥作用充满期待。韩建达认为:公众迫切地期望将促使救援机器人这一高技术快速发展,从试验样机走向实用装备;在不远的将来,人们会看到机器人在各种危险场合完成搜救使命。