Ученые из Университета штата Орегон и Национальной лаборатории Айдахо создали и испытали необычного мягкого робота-змею, способного работать внутри труб и вентиляционных каналов. Технология может радикально изменить подход к обследованию объектов атомной энергетики, которые готовят к выводу из эксплуатации.
Когда объект атомной энергетики готовят к закрытию, одной из ключевых задач становится тщательная диагностика старых коммуникаций. За десятилетия работы в трубах и воздуховодах накапливаются пыль, продукты коррозии и радиоактивные осадки. Человеку попасть туда невозможно, а традиционные роботизированные механизмы слишком громоздки, чтобы маневрировать в узких и изогнутых каналах. Поэтому инженеры давно ищут гибкие системы, способные адаптироваться к такой сложной среде.
Американские исследователи предложили оригинальное решение в виде HISSbot — 90-сантиметрового робота, который за счет своих пневматических искусственных мышц передвигается подобно змее. Четыре эластичных канала, расположенных по спирали, поочередно сокращаются под давлением воздуха, и он «извивается» так, что без труда проходит сужения, изгибы и участки с неровностями.
Но чтобы робот смог не только передвигаться внутри каналов, но и проверять там радиационную обстановку, в его «голову» встроили компактные гамма-спектрометры — приборы, распознающие радиоактивные изотопы по испускаемому ими гамма-излучению. Исследователи использовали два типа: недорогой сцинтилляционный детектор собственной разработки и коммерческий твердотельный детектор с высочайшим разрешением. Чтобы соединить датчик на «голове» змеи с блоком управления на «хвосте», не мешая движению, они также заменили обычные кабели для питания и передачи данных на растяжимые проводники, созданные на основе жидкого металла в силиконовой оболочке. Такие провода легко удлиняются и сжимаются вместе с телом робота, не мешая ему проходить узкие участки.
Испытания провели на полигоне Национальной лаборатории Айдахо, где собрали имитацию узкого вентиляционного канала и разместили в нем источники радиации, включая жидкий материал. Робот уверенно прошел весь маршрут и в нескольких точках собрал спектры. Оба детектора безошибочно определили изотопы цезия-137 и бария-133, зарегистрировав их характерные энергетические пики. Твердотельный спектрометр, как и ожидалось, показал более высокое разрешение: он четко разделил близкие линии бария на 356 и 384 кэВ, которые на спектре сцинтилляционного прибора сливались.
Особенно показательным был эксперимент с жидким загрязнением. Проползая через лужицу с галлием-68, робот фиксировал рост радиационного фона, но как только покидал зону, спектр практически сразу возвращался к нормальным значениям, несмотря на то, что смывы с корпуса показывали остаточное загрязнение. Это означает, что даже соприкосновение с радиоактивной жидкостью не лишает систему возможности проводить дальнейшие измерения. Однако ученые делают поправку на то, что галлий-68 — изотоп с коротким периодом распада, поэтому необходимо проверить, сохранится ли такая же устойчивость при работе с долгоживущими трансурановыми элементами, характерными для реальных объектов.
Именно поэтому ученые намерены провести серию испытаний в более сложных средах, для чего планируют модернизировать HISSbot: улучшить его сцепление со стенками с помощью текстурированного покрытия и интегрировать в его головную часть микрокамеры и комбинированные радиационные сенсоры. От результатов испытаний с долгоживущими изотопами будет зависеть, насколько быстро технология сможет перейти к практическому использованию на объектах атомной энергетики.
