科技|日本研发出机器人小太阳鱼成功探测福岛三号核反应堆内部

2018 年 5 月 27 日 机器人大讲堂

2011年日本福岛核泄漏事故后，日本先后研发了数种机器人探测和清理核辐射，到目前为止，大部分机器人已经葬身废弃的核电站。日本又开发了一种名叫小太阳鱼（Little Sunfish）的机器人，希望它能在福岛第一核电站三座堆芯融化的核反应堆中找到失踪放射性燃料，并拍摄照片。

据报道，小太阳鱼是由东芝（Toshiba）旗下核技术部门的资深科学家松崎健二（Kenji Matsuzaki）研发，与面包圈大小相当，颜色红白相间，配备有五个螺旋桨、一个透明的圆顶、前置和后置摄像头以及大量传感器。小太阳鱼机器人被设计在强烈的核辐射、完全黑暗或水下环境中作业。经过三个月的测试、训练和微调，研究人员认为它已准备好完成自己的使命。

仅仅是把小太阳鱼机器人及其支持装置送入巨大的混凝土建筑内（这里有受损的核反应堆）就用了两天时间。四个独立的团队轮流设置控制面板、电缆卷筒和机器人需要的其他设备。即使是穿着全套防护服，每组工作人员也只能在建筑物内呆上几分钟，在便携式照明设备的帮助下，在机器、管道和人行道的“灌木丛”中穿梭。

当一个团队达到每日最大辐射剂量时，就会被其他团队取代。松崎健二本人曾亲自进入里面做了两次尝试，对小太阳鱼机器人进行最后的调试。在夏天的高温条件下，面罩下和防护服内汗流不止。每当便携式显示器上显示，他已经达到每天能够忍受的最大辐射剂量时，他的神经都会随之跳动。

所有努力都是为了让小太阳鱼机器人花三天时间绘制核反应堆残骸中的地图，以寻找失踪核燃料的踪迹，松崎健二将在大约500米外的控制室监测其进展。

身穿防护装置的技术人员可以在反应堆建筑内工作很短的时间，但是他们不能进入放射性更强的安全壳中，而安全壳很可能是他们可以找到至少一部分丢失核燃料的地方。要想制造能够进入安全壳内部、并保持机动性的机器人，存在几个独特的挑战。

首先，安全壳只有在反应堆大楼地面2.4米高的地方才有5.5英寸的圆形维修通道，为此机器人的体型必须足够小巧才能进入。第二，由于安全壳里装满了用来冷却核反应堆的水，为此机器人必须能够游泳。第三，由于水和厚墙可能阻碍无线信号传播，为此小巧、会游泳的机器人需要足够强大，能够在水下拖动长达60多米的电缆。

小太阳鱼机器人在东芝实验室和政府运营的“港口与机场研究所”的巨大的模拟水池中进行了数月的研究、实验和测试，以平衡其上述所有功能。松崎健二及其团队尝试了不同的螺旋桨、摄像头以及传感器配置，提高螺旋桨发动机的功率，开发新型涂层，使电缆的移动更加顺畅，并确保所有设备能够承受极高的辐射。

凌晨四点半左右，穿着全套防护装备的东芝技术人员冲进了反应堆大楼。他们快速来到安全壳的外墙处，爬上阶梯，直到小太阳鱼及其设备被预先放置的地方。他们把阀门打开，然后将其与沉重的导管相连，再把太阳鱼放在它的顶端，一直穿到另一头。慢慢地，小心翼翼地，他们把管子弯成斜角，直到机器人滑进下面的水里。

控制室的监控器通过电缆线与太阳鱼的控制系统相连，在小太阳鱼携带的照明设备照耀下，松崎健二团队能看到一条狭长的带状区域穿透浑浊的海水。坐在长桌子前，一名技术人员正用类似视频游戏控制器的设备“操控”小太阳鱼。另一个人把它的电缆固定住，让它绷紧，这样在机器人四处游动时才不会被缠住。第三个人则利用安全壳的3D软件模型估计机器人的位置。

任务第一天，太阳鱼机器人的大部分时间都在侦察。安全壳内的损毁比预期的更严重，地板上满是卵石大小、无法辨认的碎片，残损的设备散落在各处。但是没有核燃料的痕迹，经过8个小时的搜寻，松崎健二团队把太阳鱼拉回了水面。第二天，他们休息了一天，并借机讨论他们的发现，以及制定下一步计划。

第三天早上，操控团队把太阳鱼重新放回水中。这个团队小心翼翼地驾驭着它，但是时间一长，机器人的强大螺旋桨就会搅起令人目眩的沉淀物，迫使他们只能等到水变清才能继续行动。经过几个小时的探索，随着正午的临近，松崎健二感到越来越紧张。接着，监视器上出现了一些令人吃惊的东西。松崎健二突然指着监视器问道：“那是什么?”

每个人都立即警惕起来，并指着他们屏幕上看到的东西：从反应堆压力容器底部流出像烛蜡一样的东西，看起来像是钟乳石。显然，他们发现了失踪核燃料的第一个迹象。在把机器人拉出来之前，他们在该区域附近操纵着太阳鱼，尽可能多地记录下更多信息。当松崎健二宣布任务完成时，控制室爆发出一片掌声。

太阳鱼所拍摄的照片显示，反应堆容器底部的控制杆机构已经解体。熔化的燃料与熔化的金属混合，从它们留下的开口向下滴落，并形成了我们在视频中看到的“钟乳石”。这种类似熔岩的混合物在反应堆压力容器和用于插入控制棒的冰箱大小的机器上燃烧，其有些液体滴到安全壳的底部。安全壳的墙壁上似乎也有大量的燃料。

也许太阳鱼机器人会接受另一项任务，尽管它不会是在三号核反应堆中发现燃料的机器人。尽管它毫发无损地完成了探测任务，但其本身可能吸收了危险水平的无线电活动。东京电力公司的工程师将其密封在一个钢桶中，并将其与核电站现场的其他放射性废料进行混合处理。由于太阳鱼的发现是有限的、不确定的，它只会帮助加强探索。工程师们已经开始思考如何构建下一代机器人，它们必须帮助完成最复杂的任务，即移除熔化的燃料。

这些下一代机器人面临的第一个挑战是，如何使机器人能够达到它们的目标。目前比较受欢迎的一个想法是建造长达6米的巨大机器人手臂，它将通过轨道进入反应堆大楼，然后进入反应堆压力容器，并把燃料收集起来。另一种方法是为冰箱大小的机器人安装拖拉机履带，并配备切割和抓取工具来清理碎片。第二个机器人会把碎屑装进容器、封好，然后放在传送带上送出来。

☞来源：机器人