Robuust, intelligente robots die reageren op hun omgeving worden ontwikkeld om te werken in situaties die te gevaarlijk zijn voor mensen, zoals het opruimen van tientallen jaren oud radioactief afval in Europa of helpen tijdens een nucleaire noodsituatie.

Toen de Japanse kernramp in Fukushima in 2011 toesloeg na een verwoestende aardbeving en tsunami, de robots die werden ingezet om reddingswerkers te ondersteunen waren erg eenvoudig en grotendeels ineffectief, zegt robotica-expert professor Sven Behnke van de Universiteit van Bonn in Duitsland.

Aangespoord door dit probleem, Prof. Behnke en zijn team ontwikkelden een robuust rampenresponssysteem via een project genaamd CENTAURO. De robot wordt vanaf een veilige afstand door een mens bestuurd, terwijl verschillende sensoren hem in staat stellen zijn omgeving waar te nemen en informatie door te geven aan de operator.

"De hoofdoperator bestuurt de robot via een telepresence-pak dat de bewegingen van de armen van de operator meet, polsen en vingers en brengt ze over naar de robot, " zei projectcoördinator prof. Behnke. Een door de operator gedragen display op het hoofd stelt hen in staat om in 3D te zien wat de robot vanuit zijn eigen perspectief ziet, hij voegt toe.

genaamd Centauro, de 1,5 meter hoge robot weegt 93 kilogram, is gemaakt van lichtgewicht metalen zoals aluminium en heeft een 3D-geprinte plastic huid.

Centaur-achtig

"De robot heeft een centaurachtig lichaamsplan met vier gelede poten die eindigen in bestuurbare wielen, " zei prof. Behnke. Die vier poten maken het stabieler dan tweevoetige robots. Omdat het in de heup kan draaien, knie en enkel, Centauro kan talloze houdingen aannemen en navigeren in uitdagende omgevingen.

Het bovenlichaam van Centauro heeft twee armen met handen met meerdere vingers waarmee het objecten kan optillen en gereedschappen en deuren kan manipuleren. Hoewel telebediend, de robot heeft een zekere mate van autonomie. Bijvoorbeeld, als het wordt verteld om naar specifieke locaties te gaan of een object vast te pakken, zal het de actie plannen en uitvoeren.

Vorig jaar, Centauro werd getest in de echte wereld, uitdagende scenario's bij de Duitse kerncentrale Kerntechnische Hilfsdienst GmbH. Het beklom met succes trappen, genavigeerd puin, hiaten overbrugd, een deur ontgrendeld, bediende kleppen en elektrisch gereedschap, en meer, zegt prof. Behnke. "Het CENTAURO-systeem voor rampenbestrijding bood de hoge mate van flexibiliteit die nodig was voor realistische missies, " hij zei.

Prof. Behnke hoopt dat de technologie op een dag een cruciale rol kan spelen bij rampenbestrijding, hoewel het nog niet klaar is om straling het hoofd te bieden. Echter, onderzoekers van de Universiteit van Birmingham, VK, zijn bezig met het ontwikkelen van robots die hoge stralingsniveaus aankunnen om nucleair afval van de afgelopen halve eeuw op te ruimen.

In de hele Europese Unie, meer dan 90 kernreactoren zijn permanent stilgelegd, terwijl er nog meer faciliteiten zullen worden ontmanteld. In het kader van de begroting 2021-2027 de Europese Commissie heeft voorgesteld om bijna 1,2 miljard euro uit te trekken voor nucleaire veiligheid.

"Er is bijna vijf miljoen ton oud kernafval in het VK en het opruimen ervan is de grootste en moeilijkste uitdaging voor milieusanering in heel Europa. ", zegt robotica-expert Professor Rustam Stolkin, die het RoMaNs-project coördineert.

Prof. Stolkin en zijn collega's ontwerpen autonoom gedrag in robots zodat ze radioactief afval kunnen sorteren op verschillende besmettingsniveaus.

"Dit kan alleen door robots worden gedaan, omdat dit afval te radioactief is voor mensen om dichtbij te komen, zelfs (wanneer) het dragen van beschermende pakken, " zei prof. Stolkin.

AI-gestuurd

Daten, robots die in gevaarlijke omgevingen werken, worden volledig door een mens bestuurd, maar deze eenrichtingsaanpak zou uiterst traag zijn voor het grijpen en verplaatsen van enorme hoeveelheden materialen met onvoorspelbare vormen, maten en consistenties, zegt prof. Stolkin.

Om dit probleem op te lossen, ontwikkelde het team een ​​autonoom, vision-geleide robot die AI gebruikt om de menselijke operator te helpen.

Hun projectpartner CEA, de Franse commissie voor alternatieve energie en atoomenergie, creëerde een nucleair veerkrachtige robotarm met een hand en vingers, die wordt bestuurd door een robothandschoen, of haptisch exoskelet, gedragen door de bediener.

"Dit lijkt nu een beetje op een mooie joystick, " legde Prof. Stolkin uit. "Dus als je je arm en je vingers beweegt, de slavenarm in de radioactieve zone beweegt zijn arm en zijn vingers."

Het systeem gebruikt AI voor automatisch zicht, waardoor de robot weet hoe te detecteren, herkennen en oppakken van allerlei voorwerpen.

De menselijke operators delen de controle over de robotarm met de robot via tele-operatie en AI, zegt prof. Stolkin. Bijvoorbeeld, de operator kan de arm bewegen en de robot regelt automatisch de richting van de hand om het grijpen gemakkelijker te maken, of de robot, plannen om een ​​object te grijpen, zijn bedoelingen aan de mens zou tonen ter bevestiging.

"De robot (AI) doet al het harde werk, maar de mens voelt zich op een bepaald niveau nog steeds de baas, " hij zei.

Dergelijke systemen zijn meestal erg complex om te controleren, zegt prof. Stolkin, maar met die van hen kunnen operators eenvoudig met de muis klikken op een object waar de robot naartoe gaat en grijpt.

Wanneer de robotarm een ​​oppervlak raakt of een object grijpt, de operator voelt de contactkrachten door de robothandschoen. Het is uiterst nuttig om operators op afstand een situationeel bewustzijn te geven van wat er in de no-go-zone gebeurt door middel van een virtueel tastgevoel, zegt prof. Stolkin.

Om de handschoenen te laten werken, de robotarm moet zich adaptief gedragen, reageren op de omgeving die ze tegenkomen, hij zegt. Om dit te behalen, het CEA-team ontwikkelde adaptieve mechanismen in de armgewrichten die mechanisch bewegen, net als veren en beter bestand zijn tegen straling dan delicate elektronische onderdelen.

Nabije toekomst

Het RoMaNs-team heeft met succes een robotarm getest met het door hen ontwikkelde AI-besturingssysteem, in een radioactieve omgeving in 2017, onder volledige nucleaire veiligheid en Britse nationale veiligheidsvoorschriften, op een locatie in Noord-Engeland die wordt beheerd door het National Nuclear Laboratory. Dit was de eerste keer dat een AI-gestuurde robot werd ingezet in een echte, radioactieve omgeving.

Prof. Stolkin had eerder gedacht dat het nog minstens tien jaar zou duren om deze technologieën over te dragen aan de nucleaire industrie, maar zegt dat er al plannen worden gemaakt om ze in de nabije toekomst op ontmantelingslocaties in te zetten.

"Toen we dit voorstelden, het idee van AI-gestuurde robots, het werd door deze industrie als absurd beschouwd, " hij zei.