Categorii
Seo

Echipajul de reparatii care poate merge acolo unde niciun om nu poate

Vehicul aerian fara pilot

Echipajul de reparatii care poate merge acolo unde niciun om nu poate

(Credit de imagine:

iStock

)

De Mark Piesing, 21 octombrie 2016

Cum faceti reparatii in interiorul unui reactor nuclear? Raspunsul poate fi micile drone care pot zbura si merge.

T

Mana robotica intinde mana si atinge drona de dimensiuni de fotbal care planeaza in interiorul peretilor metalici curbati ai structurii nefinisate in forma de gogoasa. Panourile alb-negru acopera unii dintre pereti. Intre timp, structurile metalice inexplicabile sunt lasate expuse in asteptarea randului lor.

Aceasta este o macheta a celui mai mare reactor de fuziune nucleara operational – daca este inca experimental – din lume, care arata ca ceva din setul Dr. Who. Potentialul dronelor si al robotilor traditionali de a lucra impreuna in limitele unui reactor a fost transformat din teorie in practica, ceea ce inseamna ca, in viitor, ar putea fi capabili sa intretina reactoare de acest gen in mod autonom. Nu e de mirare ca cercetatorii aplauda si aplauda; aceasta ar putea fi istorie in devenire.

Procesul a fost rezultatul unei colaborari intre o echipa din Marea Britanie Atomic Energy Authority’s Race (Remote Applications in Challenging Environments) si o echipa de la Imperial College pentru a testa impreuna fezabilitatea utilizarii dronelor in intretinerea urmatoarei generatii de reactoare nucleare.

Array

Reactoarele comerciale de fuziune din viitor vor trebui sa poata functiona fara numarul mare de oameni necesari pentru a mentine reactoarele experimentale de astazi in functiune. Ar putea chiar salva vieti: reactoarele de tot felul sunt locuri periculoase pentru cei vii din cauza radiatiei intense pe care o produc.

Dronele trebuie sa negocieze spatii inguste – cu putin spatiu de manevra (Credit: Deniz Topcuoglu si Goshen Ongun)

Aceste incercari cu drone au loc la 10 mile sud de turlele visatoare din Oxford, intr-o imensa cladire fara ferestre, pe o fosta baza militara, care acum este Culham Center for Fusion Energy (CCFE), laboratorul national din Marea Britanie pentru cercetarea fuziunii.

Incepand cu sfarsitul anilor 1970, Culham a gazduit centrala electrica de fuziune experimentala Joint European Torus (Jet). Jetul este el insusi un prototip conceput pentru a deschide drumul catre reactoare mai mari care pot fi conectate la reteaua electrica. Reactorul experimental de fuziune cu reactor termonuclear international mult mai mare (Iter) este deja in constructie in Franta, iar prima centrala demonstrativa de dimensiuni comerciale (Demo) este in plan, pentru a extinde rezultatele Iter.

Pe masura ce sunt construite reactoare de fuziune mai mari si mai avansate, tehnologiile necesare pentru intretinerea lor vor trebui sa evolueze in continuare  

Energia nucleara are o reputatie periculoasa – dar aceasta este pentru reactoarele de fisiune nucleara in prezent in functiune. Fuziunea nucleara, in schimb, valorifica puterea care da lumina stelelor: genereaza energie prin fuziunea nucleilor a doi atomi, mai degraba decat prin divizarea atomilor. Aceasta reactie este apoi continuta, de obicei intr-un fel de camp magnetic de forta din interiorul reactorului.

Este nevoie de o cantitate uriasa de energie pentru a face acest lucru si provocarea continua sa fie aceea de a produce mai multa energie din reactie decat este folosita pentru a o crea.

Fuziunea nucleara are potentialul – la un moment dat in viitor – de a furniza energie nelimitata si ieftina fara deseurile nucleare periculoase ale reactoarelor actuale, datorita partial cantitatilor relativ mici de material radioactiv necesare.

Pe langa provocarea profesionala a realizarii unei astfel de fapte este si faptul ca reactoarele experimentale de fuziune construite pana in prezent necesita mult timp si forta de munca pentru a le mentine in functiune. Pe masura ce sunt construite reactoare de fuziune mai mari si mai avansate, tehnologiile necesare pentru intretinerea lor vor trebui sa evolueze in continuare, daca vor deveni viabile din punct de vedere comercial.

Am stat pe un portic in afara unui vas mare ramas de la cladirea reactorului si adaugat de-a lungul anilor pentru a permite inginerilor sa practice aproape tot ce ar putea fi necesar intr-un reactor real. Unul dintre cele doua brate imense robotizate utilizate de obicei pentru intretinerea reactorului a fost conectat in partea laterala a vasului.

Quadcopterul cade, izbindu-se de perete si in cele din urma pe podea  

Acest sistem sofisticat cu doua brate, care este deja utilizat, permite operatorilor sa efectueze lucrari de intretinere si upgrade-uri fara a intra in reactor, cum ar fi atunci cand au trebuit sa inlocuiasca toate cele 7.000 de placi din peretele reactorului. Are un sistem de monitorizare care permite operatorilor sa vada la ce se refera in realitatea virtuala la 360 de grade fara a fi nevoie sa intre in reactor si sa fie expusi unei doze letale de radiatii.

Mirko Kovac crede ca mersul pe jos si zborul cu drone ar putea ajuta la repararea reactoarelor (Credit: Aerial Robotics Lab, Imperial College London)

In timp ce urmarim demonstratia, pilotul se lupta sa-si controleze drona cu patru rotori, AscTech Hummingbird, din cauza turbulentelor create de propriile rotoare intr-un spatiu atat de mic. El nu poate reactiona la timp la minutele modificari ale presiunii aerului si ale directiei vantului, iar quadcopterul cade, izbindu-se de perete si in cele din urma pe podea. 

Intre timp, marea drona AscTech Pelican demonstreaza capacitatea dronelor de a scana peretii reactorului pentru defecte. 

Acum a venit randul vehiculului aerian Nano, un alt quadcopter, de dimensiunea palmei unei maini umane si realizat din plastic transparent si material pentru circuit imprimat. A fost construit de o echipa de la Laboratorul de Robotica Aeriala din Imperial College din Londra pentru a demonstra potentialul tehnologiei bio-inspirate – adica tehnologie care foloseste principiile ingineresti cheie din evolutie.

Echipa a condus cele 60 de mile de la Londra pentru a lucra cu Race; a fost prima ocazie de a zbura drone in interiorul holului reactorului de fuziune Jet.

Nano zumzaie in aer ca un tantar si, pentru a-si conserva bateria, se ataseaza cu un magnet pe partea inferioara a unei placi metalice tinute de robot. Apoi, drona foloseste un scripete si un cablu pentru a se cobori pe podea ca un paianjen.

„Radiatiile nucleare pot fi foarte periculoase, deci este important sa dezvoltam roboti care sa poata merge in locuri ca acestea in care oamenii nu pot”, spune Mirko Kovac, directorul Laboratorului de Robotica Aeriana, care si-a prezentat abordarea folosind tehnologia bio-inspirata intr-o lucrare recenta in Science numita „Invatarea de la natura cum sa aterizeze roboti aerieni”.

Este un mediu foarte provocator. Este un spatiu foarte mic si limitat, cu geometrie complexa – Mirko Kovac, Laboratorul de robotica aeriana

„Astazi am demonstrat ca dronele si bratele robotizate pot lucra impreuna pentru a inspecta structurile si a se ajuta reciproc”, spune el. „Am aratat, de asemenea, cum dronele se pot cocosi pentru a economisi energie si apoi se pot cobori in spatii dificil de accesat sau chiar se pot tara pe suprafata. Cu toate acestea, este pentru prima data cand zburam oriunde asa si este un mediu foarte provocator. Este un spatiu foarte mic si limitat, cu geometrie complexa. Zborul acolo poate crea o cantitate surprinzatoare de turbulente care pot destabiliza o drona atunci cand este pilotata de la distanta. ”

“The ultimate goal is to fly inside the reactor,” says Rob Buckingham, director of the UKAEA and head of Race. “What this has shown is that the technology isn’t ready yet. What we need is full autonomy so that the drones can respond quicker to the turbulence than a human pilot can. If they crashed in the reactor they could damage the wall of the reactor and leave debris behind. But this might change if we get to use really small lightweight devices.”

Reactors are too dangerous for humans to work in (Credit: iStock)

What the drones could be used for now would be flying over the reactor and real-time 3D mapping of the radiation in the hall to work out where it was safe for humans to go. However, it is clear that it would be much harder for the drones to be given permission to do this than fly in the mock reactor.

“We are already looking at using autonomous robots for cleaning, inspecting and transporting materials at the European Spallation Source,” says Rob Skilton, lead on software and control at Race. “However, these are ground robots, which are more well-established. We hadn’t been thinking of using flying vehicles.”

In the end, Kovac thinks the nuclear industry is caught in a dilemma: “It is quite rightly a very conservative industry because the consequences of something going wrong can be too awful to contemplate. However, aerial robotics can help make the next generation of nuclear power a success by reducing risk and saving costs compared to maintenance tasks performed by humans.”

The next generation of drones that Kovac is already designing that can fly, climb and crawl could be the ones to deal with this dilemma.

Join 700,000+ Future fans by liking us on Facebook, or follow us on Twitter, Google+, LinkedIn and Instagram

If you liked this story, sign up for the weekly bbc.com features newsletter, called “If You Only Read 6 Things This Week”. A handpicked selection of stories from BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel and Autos, delivered to your inbox every Friday.