Для повышения безопасности при модернизации роботов, работающих с отходами на одном из старейших и наиболее опасных объектов Великобритании — хранилище оболочек твэлов (PFCS) на площадке Sellafield, — была создана его точная цифровая симуляция.
Хранилище PFCS, построенное в 1950-х годах по принципу простого зернового элеватора, представляет собой бетонное сооружение высотой 18 метров, разделенное на шесть отсеков. В нем содержатся облученные материалы оболочек топливных сборок с первых британских реакторов в Уиндскейле и Чапелкроссе. Прием отходов в хранилище прекратился в начале 1970-х годов, и сегодня в нем находится более 3200 кубометров среднеактивных отходов.
Изначально PFCS проектировалось как герметичный объект навечно, однако для безопасного извлечения отходов и последующего вывода объекта из эксплуатации было установлено современное оборудование. Внутри хранилища действует комплекс по обращению с контейнерами, где роботизированные системы обрабатывают емкости с отходами. Ключевым элементом является большой шестиосевой промышленный робот-манипулятор, который откручивает болты на пустых контейнерах, отправляет их на заполнение, а затем надежно закрепляет возвращенные емкости для дальнейшей транспортировки. Робот также берет мазки с внешней поверхности контейнера для проверки на загрязнение.
Выполнение заранее запрограммированных задач является рутиной, однако физическая модернизация, такая как установка новых инструментов для взятия мазков, требует вывода робота из эксплуатации. Операторам приходится входить в опасную зону в полной защитной экипировке, а для настройки нового оборудования необходимы многократные тестовые запуски и корректировки. Каждый вход создает риск для здоровья персонала и повреждения техники, а испытания приводят к простоям. Даже обновление программного обеспечения требует остановки работы для контроля за выполнением новой программы.
Решением стала разработка операционного симулятора (OpSim) в рамках проекта, реализованного альянсом Robotics and Artificial Intelligence Collaboration (RAICo). Эта цифровая модель позволяет тестировать и утверждать любые изменения в инструментах или рабочих процедурах в виртуальной среде перед их фактическим внедрением. После проверки обновления программного обеспечения могут передаваться на робота практически без простоя, а для физической модернизации требуется значительно меньше входов персонала в опасную зону.
RAICo — это сотрудничество между Управлением по атомной энергии Великобритании (UKAEA), Агентством по выводу из эксплуатации ядерных объектов (NDA), Sellafield Ltd, Манчестерским университетом и AWE Nuclear Security Technologies. Цель альянса — ускорить внедрение робототехники и искусственного интеллекта для решения общих задач в области вывода из эксплуатации ядерных объектов и термоядерной энергетики.
Для создания точной цифровой копии PFCS использовались передовые технологии. Роботизированный четвероногий робот Spot, оснащенный лазерным сканером LiDAR, провел детальное картографирование внутреннего пространства. Полученные данные были преобразованы в трехмерные CAD-модели, на основе которых была создана фотореалистичная копия хранилища. Это стало возможным благодаря собственной программной платформе RAICo RHOVR, использующей игровой движок Unreal Engine, более известный по созданию гиперреалистичных видеоигр.
Затем в виртуальную среду был интегрирован готовый симулятор аппаратного и программного обеспечения робота, что стало самой технически сложной частью проекта. После шестимесячной проверки система была официально продемонстрирована и успешно прошла испытания. Рабочая версия симулятора уже используется в Инженерном центре передового опыта Sellafield Ltd для проверки существующих программ робота и визуальной демонстрации работы объекта.
Многие другие объекты на площадке Sellafield, например маршрут транспортировки отходов, используют аналогичных роботов в герметичных помещениях для работы с контейнерами. Это открывает возможности для адаптации симулятора под широкий круг задач в рамках программы RAICo на всей площадке.
«Это сотрудничество помогло Sellafield выработать новый подход к сложным роботизированным операциям в опасных средах, — отметил Рав Чунилал, руководитель отдела робототехники и искусственного интеллекта в Sellafield Ltd. — Мы разработали симулятор, который позволяет нам тестировать и внедрять изменения виртуально, сокращая простои и риски. Это ускоряет нашу миссию и устанавливает новый стандарт инноваций в выводе из эксплуатации ядерных объектов».
Глава отдела исследований и разработок NDA Кейт Кэннинг добавила: «Это прекрасный пример решения, которое может быть развернуто по всей группе компаний NDA, принеся еще большие выгоды. Оно демонстрирует ценность участия группы в программе RAICo, которая ускоряет внедрение прорывных технологий на наших объектах».
Первая партия отходов была успешно извлечена из хранилища PFCS в августе 2023 года. Ожидается, что полное опорожнение объекта займет много лет, и новая технология призвана сделать этот долгий процесс значительно безопаснее и эффективнее.
