تعمیر درون راکتور‌های همجوشی به ربات سپرده میشود!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،پژوهشگران چینی با توسعه بازو‌های رباتیک فوق‌دقیق برای نگهداری راکتور‌های همجوشی هسته‌ای، گام بزرگی در مسیر خودکارسازی تعمیرات این نیروگاه‌ها برداشتند.

به گزارش موسسه علوم فیزیکی هفی، تیمی از محققان این مرکز موفق شده‌اند سامانه‌ای رباتیک مبتنی بر هوش مصنوعی طراحی کنند که یکی از دشوارترین و حیاتی‌ترین وظایف تعمیراتی درون راکتور‌های همجوشی را با دقتی کمتر از یک‌دهم میلی‌متر انجام می‌دهد.

این پیشرفت به‌طور مستقیم چالش پیچیده‌ای موسوم به درج میله در حفره (peg-in-hole assembly) را هدف قرار داده است؛ فرایندی حساس که در جریان تعویض قطعات راکتور انجام می‌شود و معمولا به زمان و دقت بالایی نیاز دارد. طبق گفته محققان نگهداری دوره‌ای تجهیزات برای حفظ عملکرد پایدار راکتور‌های همجوشی ضروری است و این کار شامل طیف گسترده‌ای از عملیات از راه دور، از جابه‌جایی قطعات بزرگ تا مونتاژ اجزای کوچک مانند پیچ و بست‌ها می‌شود.

هوش مصنوعی و یادگیری تقویتی عمیق

در این سامانه از یادگیری تقویتی عمیق (Deep Reinforcement Learning) برای هدایت ربات استفاده شده است؛ مشابه با هماهنگی چشم و دست انسان. پژوهشگران در مقاله خود توضیح داده‌اند که این روش برخلاف رویکرد‌های سنتی‌داده‌های به‌دست‌آمده از یک دوربین دوبعدی (۲ D) و یک حسگر نیرو گشتاور (F/T sensor) را به‌صورت هم‌زمان ترکیب می‌کند.

این شیوه نوآورانه نیاز به حسگر‌های سه‌بعدی پیچیده را از میان برداشته است؛ حسگر‌هایی که در محیط داخلی راکتور، به دلیل تابش شدید و سطوح فلزی براق و بازتاب‌دهنده، عملکرد مناسبی ندارند. این فناوری بخشی از طرح جامع چین برای خودکارسازی تعمیر و نگهداری نیروگاه‌های همجوشی در آینده به شمار می‌رود.

چالش نگهداری در نیروگاه‌های آینده

در نیروگاه‌های همجوشی نسل آینده، مانند پروژه بین‌المللی ITER تعمیرات منظم، اما دشوار اجتناب‌ناپذیر خواهد بود. در حال حاضر بیشتر این کار‌ها با روش موسوم به حضور انسان در حلقه (human-in-the-loop) انجام می‌شود؛ یعنی اپراتور‌ها از راه دور و با کنترل دستی ربات‌ها فرایند تعمیر را پیش می‌برند. این روش بسیار زمان‌بر است. به‌عنوان نمونه در به‌روزرسانی یکی از راکتور‌های اروپایی موسوم به JET مهندسان مجبور شدند طی ۱۷ ماه بیش از ۷۰۰۰ عملیات مونتاژ انجام دهند، که چنین زمان طولانی در یک نیروگاه تجاری غیرقابل‌قبول است. از این‌رو، اتوماتیک‌سازی کامل این وظایف شرط لازم برای بهره‌برداری اقتصادی از انرژی همجوشی محسوب می‌شود.

به گفته محققان استفاده از دوربین دوبعدی در این سامانه باعث شد مرحله حساس ترازسازی میله و حفره با دقت بسیار بالا انجام شود؛ مرحله‌ای که بسیاری از روش‌های مونتاژ رباتیک معمول از آن اجتناب می‌کنند.

طراحی سخت‌افزار جدید و سامانه درک محیط

پژوهشگران علاوه بر توسعه الگوریتم‌های هوش مصنوعی، سخت‌افزار قدرتمند و متناسب با نیاز‌های راکتور را نیز طراحی کرده‌اند. آنها نوعی مفصل رباتیک جدید ساخته‌اند که توانایی جابه‌جایی قطعات سنگین راکتور را دارد. در این طراحی با حذف چرخ‌دنده خورشیدی از جعبه‌دنده سیاره‌ای سنتی، فضای اضافی برای عبور کابل‌های برق و کنترل ایجاد شده، بدون آنکه از فشردگی ساختار کاسته شود.

این مفصل جدید دارای نسبت کاهش سرعت بسیار بالا معادل ۱۳٬۸۰۶ به یک است و می‌تواند گشتاوری معادل ۱۳۹ کیلونیوتن‌متر را با دقت فوق‌العاده تولید کند؛ ویژگی‌ای که آن را برای کار‌های سنگین، اما حساس در درون راکتور، مانند جابه‌جایی قطعات حجیم ایده‌آل می‌سازد.

در کنار این بازوی قدرتمند، تیم تحقیقاتی سامانه درک محیطی پیشرفته‌ای به نام TCIPS نیز توسعه داده است؛ مدلی مبتنی بر معماری ترنسفورمر (Transformer) که داده‌های سه‌بعدی نقطه‌ای (۳ D Point Cloud) را پردازش می‌کند داده‌هایی که ربات برای دیدن محیط پیرامون خود استفاده می‌کند.

این سامانه می‌تواند داده‌های پیچیده محیطی را به اشکال هندسی ساده‌تر مانند صفحه، کره و استوانه تقسیم کند. در نتیجه ربات توانایی درک بهتر ساختار محیط، تشخیص موانع و شناسایی دقیق ناحیه‌های کاری را به دست می‌آورد؛ امکانی که برای فعالیت ایمن و دقیق در فضای درونی و شلوغ راکتور حیاتی است.

گامی مهم به سوی تعمیرات هوشمند راکتور‌های همجوشی

به گفته این گروه مجموعه این نوآوری‌ها از طراحی مکانیکی جدید تا مدل‌های هوش مصنوعی پیشرفته نشانه‌ای از نزدیک شدن عصر ربات‌های سنگین‌کار هوشمند است که می‌توانند وظایف پیچیده و پرخطر نگهداری در نیروگاه‌های همجوشی آینده را به‌طور خودکار انجام دهند.

این دستاورد می‌تواند در نهایت مسیر را برای بهره‌برداری پایدار و مقرون‌به‌صرفه از انرژی همجوشی به‌عنوان یکی از تمیزترین و بی‌پسماندترین منابع انرژی در جهان هموار کند.