В будущем атомные электростанции можно будет выводить из эксплуатации с помощью команд автономных роботов, считают ученые. Инженеры из Университета Глазго, Манчестерского университета, Бристольской робототехнической лаборатории и Университета Хериот-Ватт занимаются разработкой системы SMuRF, которая расшифровывается как Symbiotic Multi-Robot Fleet [симбиотический флот из нескольких роботов].
Система обеспечивает бесперебойную работу колесных, четвероногих и воздушных роботов, позволяя им сотрудничать и выполнять задачи, которые человеку было бы сложно или вредно выполнять в одиночку.
Вместо этого один человек может удаленно наблюдать за действиями роботов, которые обмениваются между собой данными датчиков, объединяя свои возможности для достижения результатов, недостижимых для одной машины.
SMuRF могут предложить властям, регулирующим органам и промышленности более безопасный и быстрый метод мониторинга ядерных объектов, а также открыть новые возможности для обслуживания инженерной инфраструктуры в сложных условиях, таких как морские ветроэнергетические платформы.
В новой работе, озаглавленной «Извлеченные уроки: симбиотическая автономная экосистема роботов для ядерной среды«, опубликованной в журнале IET Cyber-Systems and Robotics, исследователи рассказывают о том, как они развернули SMuRF в практической демонстрации на объекте Robotics and Artificial Intelligence Collaboration (RAICo) в Камбрии.
RAICo — это сотрудничество между Управлением по атомной энергии Великобритании (UKAEA), Управлением по выводу ядерных объектов из эксплуатации (NDA), компанией Sellafield Ltd и Манчестерским университетом.
В ходе демонстрации SMuRF успешно выполнил инспекционную миссию в смоделированном радиоактивном хранилище, содержащем некоторые из проблем, встречающихся в реальных условиях вывода из эксплуатации ядерной энергетики.
Способность роботов к совместной работе — результат работы сложной компьютерной системы, разработанной исследователями, которую они назвали «киберфизической системой» или CPS.
CPS способна взаимодействовать с 1600 датчиками, роботами и другими цифровыми и физическими объектами практически в режиме реального времени. Она также позволяет роботам с совершенно разными способностями и операционными системами работать вместе и, что самое важное, обновлять данные человека-оператора.
Данные, собранные и обработанные CPS, позволяют создать трехмерную цифровую карту реального пространства. Это позволяет SMuRF перемещаться в пространстве и выполнять задачи с минимальным контролем, в то же время предоставляя человеку-оператору множество данных через специально разработанную цифровую приборную панель, чтобы помочь SMuRF принимать обоснованные решения, если это необходимо. При необходимости операторы могут напрямую управлять роботами.
Объединение возможностей роботов позволило им выполнить ряд задач, часто применяемых при радиационном мониторинге на ядерных объектах, известных как послеоперационная очистка.
Роботы совместно составляли карту окружающей среды, создавая трехмерный цифровой двойник пространства с помощью своих встроенных датчиков, что подкреплялось дальнейшим картографированием с помощью воздушного дрона, пилотируемого человеком-оператором.
Робот Spot компании Boston Dynamics с помощью гибкой руки доставал инструменты для более тщательного сканирования, а колесные роботы Scout и CARMA измеряли уровень радиации в тестовой среде. Робот CARMA успешно обнаружил имитацию разлива радиоактивной жидкости под бочкой с отходами, что может помочь обеспечить надлежащую локализацию и очистку в реальных условиях.
Дэниел Митчелл из Инженерной школы Джеймса Уатта при Университете Глазго является автором-корреспондентом статьи. Недавно он был назван восходящей звездой Института инженерии и технологий 2023 года в знак признания влияния его исследований.
Он сказал: «У роботов, которых мы запрограммировали и спроектировали в прототипе SMuRF, есть свои уникальные способности и ограничения, а также собственные операционные системы».
«Во время развертывания SMuRF в RAICo мы смогли показать, насколько хорошо роботы могут работать вместе и как созданный нами цифровой двойник может обеспечить замечательную ситуационную осведомленность для человека-оператора.»
«Это может сделать их идеально подходящими для работы в потенциально опасных средах, таких как ядерная инспекция и вывод из эксплуатации. Люди по-прежнему должны будут контролировать и направлять роботов, но их высокий уровень автономности может помочь обеспечить безопасность людей, позволяя им взаимодействовать с роботами со своих рабочих мест, а не посещать рабочие площадки.»
Дэвид Флинн, профессор кафедры киберфизических систем в Университете Глазго, является соавтором работы. Профессор Флинн добавил: «Подобные автономные роботизированные парки обладают огромным потенциалом для выполнения широкого спектра опасных, грязных, скучных, далеких и дорогих работ.»
«Помимо работы в ядерном секторе, огромный дополнительный потенциал существует в таких отраслях, как морская энергетика, где SMuRF могут выполнять множество рутинных задач по осмотру и ремонту. В настоящее время эти задачи являются дорогостоящими, поскольку часто требуют доставки персонала на вертолетах на морские объекты, что может быть затруднено из-за плохой погоды.»
«Однако они крайне важны для предотвращения простоев и обеспечения стабильного потока электроэнергии в энергосистему. Постоянное присутствие команды роботов для выполнения этих рутинных задач позволило бы максимально использовать потенциал всех видов платформ возобновляемых источников энергии.»
«Следующим шагом в нашем исследовании станет интеграция более широкого спектра роботов в наши парки, с еще более разнообразными способностями чувствовать окружающую среду, перемещаться по ней новыми способами и манипулировать объектами.»
Доктор Пол Баникед из Манчестерского университета сказал: «Цифровая архитектура была вдохновлена системой управления флотом, как это показано в стратегических видеоиграх, которая изображает отдельных членов SMuRF, работающих одновременно в среде цифрового двойника. Это позволяет человеку-оператору сосредоточить свое внимание на одном интерфейсе, что дает возможность лучше понять поставленную задачу».
