Китай создал высокоточные роботизированные манипуляторы для обслуживания термоядерных реакторов

Китайские исследователи разработали новую роботизированную систему с искусственным интеллектом, которая успешно выполняет одну из самых сложных и критически важных задач по техническому обслуживанию внутри термоядерного реактора, достигая точности менее 0,1 мм. Этот прорыв, осуществленный в Хэфэйских институтах физических наук, напрямую решает масштабную проблему сборки по принципу «штифт в отверстие», которая является распространенной, но отнимающей много времени задачей по замене компонентов.

Периодическое техническое обслуживание необходимо для обеспечения долговременной функциональности термоядерных реакторов. Этот процесс требует широкого спектра дистанционных операций, от перемещения крупных конструкционных грузов до сборки мелких компонентов, таких как болты. Новая система использует глубокое обучение с подкреплением для управления роботом, подобно зрительно-моторной координации человека. Предложенный подход, в отличие от традиционных методов, интегрирует данные с двумерной камеры и датчика усилия и момента, что позволяет обойтись без продвинутых 3D-сенсоров, которые ненадежно работают в условиях высокой радиации и гладкой отражающей металлической среды внутренней части реактора.

Это развитие является частью более масштабных усилий по автоматизации обслуживания термоядерных установок. Будущие термоядерные станции, такие как масштабный проект ИТЭР, будут требовать регулярного и сложного обслуживания. Существующая практика, при которой операции требуют постоянного непосредственного управления человеком, используемая в действующих реакторах, является серьезным препятствием для коммерческой жизнеспособности. Удаление человека из контура управления и полная автоматизация процессов необходимы, поскольку ручной процесс чрезвычайно медленный; например, прошлая модернизация на реакторе JET потребовала от инженеров выполнения 7000 операций сборки в течение 17 месяцев. Такие длительные простои неприемлемы для коммерческой электростанции, поэтому автоматизация этих задач необходима.

Для поддержки этого продвинутого искусственного интеллекта исследователи также сконструировали необходимое тяжелое оборудование. Команда разработала новое роботизированное сочленение, способное перемещать массивные компоненты реактора. Благодаря модификации традиционного планетарного редуктора исследователи создали дополнительное пространство для силовых и управляющих кабелей без потери компактности. Это новое сочленение достигает сверхвысокого передаточного числа, позволяя ему обеспечивать огромный крутящий момент с исключительной точностью, что идеально подходит для силовой, но в то же время деликатной задачи перемещения крупных компонентов внутри корпуса реактора.

Наряду с новым оборудованием команда также разработала усовершенствованную модель восприятия для помощи роботу в навигации. Эта система, основанная на архитектуре Transformer, обрабатывает данные трехмерного облака точек — информацию, которую робот «видит». Она интеллектуально сегментирует эти сложные данные на базовые геометрические формы. Лучше понимая свое окружение, робот может более эффективно воспринимать и перемещаться в загроможденном и сложном внутреннем пространстве реактора, избегая препятствий и находя рабочие зоны. Вместе эти инновации знаменуют собой значительный шаг на пути к созданию интеллектуальных тяжелых роботизированных систем, способных выполнять сложные и высокорисковые задачи по техническому обслуживанию в будущих термоядерных электростанциях.