12、核工业中的机器人与人工智能：从远程操作到网络物理系统

核工业中的机器人与人工智能：从远程操作到网络物理系统

1. 引言

1.1 背景

全球范围内，许多核电站已临近服役末期，急需进行去污和退役处理（D&D）。仅在英国，就有七座先进气冷反应堆计划于2028年开始退役，此外还有11座镁诺克斯反应堆以及处于不同退役阶段的研究站点、武器生产设施、燃料制造和后处理设施。目前预计，退役计划要到2135年才能完成，成本高达2370亿英镑。

D&D过程要求对核设施的系统、结构和组件（SSC）进行特性分析，并相应处理。这可能包括移除无害材料，以及处理如核燃料等放射性极强的材料。D&D过程的主要目标是保护工人、公众和环境，同时减少废物和相关成本。然而，目前许多D&D任务仍依赖人工劳动，使工人面临辐射暴露风险。在核工业中，遵循“尽可能合理可行尽量低”（ALARP）原则来限制这种暴露是一个具有挑战性的问题。

1.2 动机

由于核电厂内某些设施的放射性水平过高，人类无法进入。在可进入的区域，如阿尔法污染区域，工作人员需要穿戴重型个人防护装备，包括供气服和皮制工作服。这不仅使工作变得繁琐和费力，而且仍无法完全消除对工人的风险。此外，材料处理的高昂成本，包括用于分离某些高放射性材料的相关设备，也促使人们寻求更高效的处理流程。

核工业因其挑战的多样性和严重性，在部署机器人和自主系统（RAS）方面存在重大障碍。这些挑战包括：
- 高度非结构化、不确定和杂乱的环境；
- 高风险环境，存在放射性、热和化学危害；
- 对未知或部分已知极端环境的探索、测绘和建模；
- 需要具有复杂多模式传感能力的强大、精确的多轴操纵器；
- 辐