一場人工智能挑戰(zhàn)人類圍棋的世紀大戰(zhàn)，引發(fā)眾多關(guān)于機器人進入人類日常的猜想。然而，在核工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，受到特殊環(huán)境要求，需要更先進的機器人，進一步解放高輻射環(huán)境下的人類，卻是不爭的事實。

在核工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，由于設(shè)備本身或其運行環(huán)境具有放射性，人員操作存在安全風(fēng)險或操作受限等情況，采用機器人進行設(shè)備檢修、放射性廢物處理、應(yīng)急響應(yīng)等工作，一方面可降低用于人工防護設(shè)備的成本及管理成本，另一方面也可降低工作人員受輻照劑量和勞動強度。隨著核電站裝機容量的不斷擴大，出于核電產(chǎn)業(yè)較快發(fā)展和核安全的需要，核電機器人的需求與日俱增。

解放高輻射環(huán)境下的人類

最早開展研制核電機器人的可算是美國。上世紀40年代，美國阿貢實驗室研制出一臺可操作放射性物質(zhì)的機械手。到1977年，日本早稻田大學(xué)也開發(fā)出第一臺可用于核電站巡檢的雙足機器人，可完成檢查和開關(guān)電站閥門、處理放射性污水等增強操作。

隨著美國三里島、蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故的相繼發(fā)生，美、法、德、日等國紛紛加大核電站機器人的開發(fā)力度，進一步提升核電站機器人在可執(zhí)行的動作種類、行動的靈活性、電池的工作和傳送信號方面的性能。

目前，核電機器人大致可分為觀察型和作業(yè)型。第一類“觀察型”，指攜帶攝像頭、溫度和壓力傳感器以及輻射強度檢測儀等進入后傳回現(xiàn)場數(shù)據(jù)（在應(yīng)急情況下尤其必要）。第二類“作業(yè)型”，工作內(nèi)容包括切割、搬運放射物質(zhì)、關(guān)閥門、噴水等。實際應(yīng)用上，核電機器人主要包括關(guān)鍵核設(shè)施維護機器人、核事故處理與救援機器人和小型爬壁式監(jiān)測機器人。

關(guān)鍵核設(shè)施維護機器人主要是對關(guān)鍵核設(shè)施的維護、退役及放射性廢物處理。對關(guān)鍵設(shè)施進行維護，是核工業(yè)機器人最早的應(yīng)用目標。核事故處理與救援機器人，即利用輪式、履帶式移動機器人，攜帶操作設(shè)備，進入事故現(xiàn)場，開展事故處理與救援相關(guān)工作，主要用于發(fā)生嚴重核電事故的情況。小型爬壁式監(jiān)測機器人主要用于核電站安全性的全面監(jiān)測，即利用小型、智能、爬壁式機器人，攜帶多種先進傳感器，對核電站內(nèi)的核輻射強度、氫氣濃度、煙霧濃度、關(guān)鍵設(shè)備及管道的破損情況進行監(jiān)測，以及時發(fā)現(xiàn)問題。

核電機器人雖能在某種程度上解放高輻射環(huán)境下的人類，但是有一個很大的缺點，即并非萬能式通用，而只適用于在特定環(huán)境下完成特定任務(wù)。由于可完成任務(wù)種類單一，這類機器人在嚴重事故發(fā)生時其作用有限，往往所需數(shù)量較多，而非一個。

福島核事故中大顯身手

在日本福島核事故中，如何深入核電站內(nèi)部執(zhí)行拍攝、清掃工作成為焦點。對此，核電救災(zāi)機器人發(fā)揮了重要作用。核電機器人可替代人潛入核電站，將拍攝到的圖像傳出來，讓人們更切實地了解電站內(nèi)部的真實狀況，尤其是在福島核電站危險區(qū)域的監(jiān)測及瓦礫的清除工作中。

美國、英國和日本均先后派遣機器人抵達核電廠實施救援工作。美國iRobot公司的PackBot機器人用于檢測現(xiàn)場輻射量，通過數(shù)百米長光纖傳回現(xiàn)場圖像和環(huán)境數(shù)據(jù)。英國QinetiQ公司的Talon機器人利用搭載的GPS全球定位系統(tǒng)繪制事故現(xiàn)場的放射線量分布圖。日本緊湊型雙臂重型清潔機器人ASTACO-SoRa用于移除核電站瓦礫。

盡管如此，由于現(xiàn)有技術(shù)不夠成熟，核電站機器人所能發(fā)揮的功效仍有限。特別是，進入安全殼內(nèi)部作業(yè)時，放射性物質(zhì)裂變而釋放的高頻射線，很容易造成核電機器人的電子系統(tǒng)瞬間失靈。同時，強大的屏蔽性使信號無法穿透，這正是所有核電機器人普遍面臨的問題。福島事故五年過去了，由于現(xiàn)場殘留的輻射太強，人們?nèi)詿o法進入核電站內(nèi)部取出那些已經(jīng)熔毀的重達數(shù)百噸的燃料棒。五個被送入反應(yīng)爐執(zhí)行清理任務(wù)的機器人，無一返回。

目前，東京電力公司已經(jīng)完成大約10%的清理工作，整個事故現(xiàn)場的完全清理估計需要長達30至40年的時間，而每一個清潔機器人都需要兩年的定制時間。但是，機器人仍是清理廢料的唯一希望，超過100種機器人正在福島事故現(xiàn)場努力工作著。

中國核電機器人正起步

起步晚，我國多家核電運營公司大多采購國外的機器人設(shè)備。不過，隨著我國具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)“華龍一號”的落地，推動更多與核電相關(guān)的自主研發(fā)技術(shù)不斷產(chǎn)生。

2012年12月，中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所自行研制的多功能水下智能檢查機器人通過專家組鑒定，填補了中國國內(nèi)核電智能機器人的空白，且已先后為秦山核電、中廣核、中國核動力設(shè)計研究院等多家單位提供支持。

2012年底，我國973計劃項目“核電站緊急救災(zāi)機器人的基礎(chǔ)科學(xué)問題”正式啟動，旨在解決國家核電站事故防范和救援的迫切需求、順應(yīng)核電站緊急救災(zāi)機器人的技術(shù)發(fā)展趨勢。

2015年6月，國家863計劃“核反應(yīng)堆專用機器人技術(shù)與應(yīng)用”課題在廣西防城港核電基地通過驗收，研發(fā)了6款核電智能機器人。其中，兩款機器人在核電工程上得到成功應(yīng)用。2015年8月，反應(yīng)堆壓力容器整體式螺栓拉伸機完成防城港核電2號機組壓力容器開關(guān)蓋；9月6日，反應(yīng)堆換料機器人順利完成廣西防城港核電1號機組157根核燃料組件的裝載。這大幅度降低新建核電站換料機器人和螺栓拉伸機的采購成本，其中多項專利技術(shù)成果打破了國外技術(shù)壟斷。

在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)核電企業(yè)、院校、科研院所、裝備制造企業(yè)等31家成員單位共同發(fā)起并組建了“核電智能裝備與機器人技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”，以提升核電機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力。

位于廣東省深圳市大亞灣核電基地的國家能源核電站核級設(shè)備研發(fā)中心實驗基地，是國內(nèi)第一個完備的核電技術(shù)研發(fā)、實驗基地，其中核電站機器人是重要的研發(fā)方向之一。每天都有不同種類的機器人在基地實驗室的試驗平臺上進行實戰(zhàn)演練與培訓(xùn)。

隨著我國核電產(chǎn)業(yè)步伐的加快，國內(nèi)對于核電機器人的需求將逐漸打開。但是，核電機器人的技術(shù)壁壘和研發(fā)周期遠高于普通工業(yè)領(lǐng)域的機器人，加上核心技術(shù)仍掌握在國外大公司手上，目前國內(nèi)機器人的研發(fā)力量主要集中在高校，尚無成功的市場運作，推進仍需時日。未來發(fā)展方向是追趕國際先進技術(shù)，達到國際先進水平，同時研發(fā)出更適應(yīng)我國自主技術(shù)的核電站智能機器人。

小而智：未來核電機器人的基因圖譜

目前，世界核電機器人的研制已取得了較大的進步，在實際應(yīng)用具有巨大的作用。未來世界核電機器人的發(fā)展趨勢將著力解決小型智能核機器人系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計、無損檢測與故障診斷技術(shù)、多傳感器信息融合與智能預(yù)警策略、核輻射防護技術(shù)、惡劣環(huán)境下的高穩(wěn)定遙操作技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)難題。從成本低、運動靈活、操作方便等角度考慮，將繼續(xù)向小型化、智能化、實用化方向發(fā)展。

未來機器人要有良好的抗輻射能力；要能夠到達多個位置，需要在容器罐、管道以及地面上自由行走，有靈活的機動能力；可攜帶相應(yīng)的敏感器，對核電站內(nèi)部環(huán)境、相關(guān)設(shè)施等進行探測，即具有充分的智能感知能力；還既要具有自主運行的能力，也要支持遙操作，使得操作員可隨時干預(yù)、控制機器人的運動，并能臨機處理突發(fā)事件。

然而，核電機器人的研發(fā)還需要攻克許多技術(shù)難點，核電機器人的應(yīng)用也將面臨更多的挑戰(zhàn)。

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