协作机器人舰队可能支持核电站退役

图片：科学家团队与组成 SMuRF 系统的自主机器人

来自格拉斯哥大学、曼彻斯特大学、布里斯托尔机器人实验室和赫瑞瓦特大学的英国工程师正在开发共生多机器人舰队(SMuRF)系统，该系统可以帮助核电站退役。

该系统提供了一种无缝方法，使轮式、四足和空中机器人能够协作并完成困难或危险的任务。单个人类主管可以远程观察机器人的行为，因为它们共享传感器数据并结合它们的能力来比单台机器更有效地实现结果。

SMuRF 可以为当局、监管机构和行业提供更安全、更快速的核设施监测方法，并为在充满挑战的环境中维护工程基础设施开辟新的机会。最近发表在 IET Cyber​​-Systems and Robotics 杂志上的一篇论文《经验教训：核环境的共生自主机器人生态系统》概述了研究人员如何在实际演示中部署 SMuRF。该项目在坎布里亚郡的机器人与人工智能协作 (RAICo) 工厂进行。RAICo 是英国原子能管理局 (UKAEA)、核退役管理局 (NDA)、Sellafield Ltd 和曼彻斯特大学之间的合作项目。

在演示过程中，SMuRF 成功完成了模拟放射性储存设施的检查任务，其中包含了真实核电退役环境中遇到的一些挑战。机器人的协作能力是研究人员开发的复杂计算机系统的结果，他们称之为“网络物理系统(CPS)”。

CPS 能够与多达 1,600 个传感器、机器人以及其他数字和物理资产进行近乎实时的通信。它还允许具有不同能力和操作系统的机器人一起工作，最重要的是，更新人类操作员。

CPS 收集和处理的数据可以创建真实空间的 3D 数字孪生。这使得 SMuRF 能够在空间中导航并在最少的监督下执行任务，同时通过专门设计的数字仪表板为人类操作员提供大量数据，以帮助 SMuRF 在需要时做出明智的决策。如有必要，人类操作员还可以直接控制机器人。

结合机器人的能力，它们可以完成一系列通常应用于核场地周围辐射监测的任务，即运行后清理。这些机器人协作绘制环境地图，使用机载传感器创建空间的 3D 数字孪生，并得到人类操作员驾驶的无人机进一步绘制地图的支持。

波士顿动力公司的 Spot 使用其灵活的手臂获取工具进行更仔细的扫描，而轮式机器人 Scout 和 CARMA 则绘制了整个测试环境的辐射水平图。CARMA 机器人成功检测到废物桶下方模拟的放射性液体溢出，这一检测有助于确保在现实环境中进行适当的遏制和清理。

该论文的通讯作者、格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的 Daniel Mitchell 表示：“我们在这个原型 SMuRF 中编程和设计的机器人都有自己独特的能力和局限性，以及自己的操作系统。在 RAICo 部署 SMuRF 期间，我们能够展示机器人如何协同工作，以及我们构建的数字孪生如何为人类操作员提供卓越的态势感知能力。”

他补充道：“这可能使它们非常适合在核检查和退役等潜在危险环境中工作的挑战。“人类仍然需要监督和指挥机器人车队，但它们的高度自主性可以帮助人们在办公桌上与机器人互动，而不用去工作现场，从而保证人们的安全。”

该论文的合著者、格拉斯哥大学网络物理系统教授 David Flynn 补充道：“这些自主机器人舰队具有巨大的潜力，可以承担各种危险、肮脏、沉闷、遥远和危险的任务。”亲爱的工作……

我们研究的下一步是将更广泛的机器人集成到我们的车队中，使其具有更多样化的能力来感知周围环境、以新的方式在其中移动以及操纵物体。”

曼彻斯特大学的 Paul Baniqued 博士表示，数字架构“受到车队管理系统的启发，如战略视频游戏中所见，该系统描绘了 SMuRF 的各个成员在数字孪生环境中同时运行”。这使得操作员能够将注意力集中在单个界面上，从而更好地理解手头的任务。

该研究得到了工程和物理科学研究委员会(EPSRC)的资助。