由于机器人可以到达人类无法到达的地方，因此特别适合安全地处理危险的核废料。但首先，这些机器人需要变得像它们所取代的人类一样，拥有可以密切模仿人类动作的手臂和手指。
现在，美国能源部 (DOE) 阿贡国家实验室的科学家们设计并测试了一种具有类人能力的遥控双臂遥控机器人系统，该系统有可能彻底改变危险废物清理工作，并有可能实现更广泛的应用。应用程序。
该远程机器人系统是多实验室、多机构项目的一部分，最近在美国能源部橡树岭国家实验室 (ORNL) 的模拟非放射性环境中成功进行了测试。橡树岭环境管理办公室 (OREM)、伊利诺伊大学芝加哥分校 (UIC)、西北大学和 United Cleanup Oak Ridge, LLC (UCOR) 与阿贡国家实验室和橡树岭国家实验室一起，是 2023 年启动的为期三年项目的合作者。
该技术仍处于原型阶段。长期目标是使用协作机器人或“cobots”和新兴数字技术来帮助清理由美国能源部应急管理办公室监管的休眠核设施中的核废料。该技术还具有除美国能源部核废料场之外的其他用途的潜力。
演示证明了机器人的能力，提供了培训
在核工业中，热室和手套箱系统几十年来一直是处理放射性材料的传统方法。热室是重度屏蔽的混凝土室，配有机械操纵器，用于处理高放射性材料。
同样，远程操作员也可以使用类似钳子的机械手来移动热室内的材料。手套箱是热室内的一个安全密封的容器，其开口允许实验室操作员戴上手套来操作和研究危险材料。
然而，这些系统不再有用，因为它们依赖于过时的手动操作技术，并且无法移动到任务地点。阿贡的移动机器人热室系统可以很容易地在现场部署，基本上可以使当前的方法自动化。
阿贡设计的机器人最近的演示是在橡树岭国家实验室一个长期关闭的放射化学处理设施中进行的，该设施存放着各种放射化学废料。
在演示中，目标是使用遥控机器人技术来处理橡树岭国家实验室设施内热室中的模拟核废料罐。美国能源部将罐中的材料列为含有放射性材料。这些机器人配备了非常灵巧的多指手臂，成功地打开了模拟核废料罐，检查并分类了其中的内容，并关闭了容器。
在为期一周的演示中，团队成员接受了执行特定任务的实践培训，例如操纵机器人的手臂打开塑料瓶。
该系统的设计者、阿贡应用材料部门机器人和远程系统项目的负责人 Young Soo Park 表示，远程机器人技术标志着在改善核场所危险材料安全有效清理方面迈出了重要一步。
“与阿贡国家实验室一起，整个机器人社区一直在开发创新的机器人技术。但远程机器人系统功能的实际演示却很少，”帕克说。“ORNL 的演示非常成功，证明了这种史无前例的概念在实际应用中实现复杂、灵巧的远程机器人系统的技术可行性。”
凭借数十年的机器人技术专业知识，阿贡国家实验室的科学家们在阿贡国家实验室的机器人和增强现实实验室仅用了六个月的时间就开发出了远程机器人系统。2023 年末，该技术被运送到 ORNL，与实验室的移动工作单元系统集成。
新的机器人系统在阿贡国家实验室的混合现实数字孪生软件平台上运行。该系统集成了虚拟模型、感官显示和硬件控制技术。数字孪生技术充当现实世界和虚拟世界之间的桥梁，创建物理对象的数字复制品或孪生体。数字孪生支持远程操作系统各个阶段的优化，包括设计、训练操作和分析。
坐在数字工作站上，配备虚拟现实耳机和触敏触觉手套的操作员可以同时物理和虚拟地控制机器人。当操作员移动手臂时，双臂机器人会模仿该动作。触敏手套使操作者能够以自然的方式有效地触摸和感受物体。手套上的传感器为操作员提供直接反馈，有助于提高任务的精度和准确度。
“我们远程机器人系统设计的首要目标是促进‘远程临场感’，让操作员感觉自己仿佛置身于热室中，能够用双手操纵物体，并以直接、自然的方式体验多模态感官反馈。方式，”帕克说。
机器人热室技术最终可以取代热室和手套箱系统，用于各种危险材料处理应用。移动远程机器人系统可以从一个热单元移动到下一个热单元。操作员可以从远程位置以机器人方式处理、分类和检查危险废物，而无需从单元中取出材料。“我们的移动机器人系统极大地提高了工人的安全和效率，并降低了成本，”帕克说。
作为最先进的化身系统之一，双臂遥控机器人系统具有核工业以外的应用潜力。
“远程机器人系统可用于需要物理远程呈现的应用中，”帕克说。“示例包括设施建设和维护等工业应用以及医疗和保健系统等社会服务应用。此外，机器人热室可用于替代实验室实验等科学和工业应用中的热室和手套箱和材料加工。”
计划今年对远程机器人系统进行实际测试
该团队的多元化专业知识和密切合作是该项目成功的关键。每个合作伙伴都负责管理计划于 2024 年完成的项目的一部分。
阿贡国家实验室开发了数字孪生软件，构建了双臂机器人系统，并成功测试了其远程操作。西北大学开发了用于灵巧多指操纵机械臂的原型。UIC开发了综合自动化系统。
ORNL 正在开发用于远程处理系统的移动热室结构。UCOR 是美国能源部橡树岭保护区的清理承包商，负责管理整个项目的环境安全和健康。能源部应急管理办公室将监督整个过程的完成情况。
该团队正在推进移动机器人热室技术，为今年晚些时候的实际演示做准备。一次成功的演示将为使用移动遥控机器人系统帮助能源部环境管理办公室清理 107 个核设施铺平道路。ORNL 综合体是仍在进行清理的 15 个剩余核设施之一。