Ciao a tutti, sono Jake della squadra di cani robotici d'ispezione. Andiamo al sodo: quando la maggior parte delle persone pensa alle centrali nucleari, immagina enormi torri di raffreddamento, nuclei di reattori complessi e tutta quell'atmosfera di "posta ad altissimo rischio". Ciò che non sempre capiscono è il disordinato, ripetitivo esuperlavoro importante che si svolge dietro le quinte per mantenere tali strutture sicure 24 ore su 24, 7 giorni su 7. In questo momento, il nostro team sta aiutando a risolvere una delle parti più complicate di questo lavoro: le ispezioni sull’attivazione dei neutroni. Se ti sei mai chiesto come fa un cane robotico a portare a termine questo compito critico e ricco di radiazioni senza rischiare vite umane, sei nel posto giusto. Nessun sovraccarico di gergo qui: solo il vero affare da parte di qualcuno che ha passato mesi a modificare questi cuccioli per eseguire controlli sugli impianti nucleari.
Per prima cosa, stabiliamo cosa sia l'ispezione di attivazione neutronica (NAI), perché questa è la linea di partenza. Il nucleo di una centrale nucleare non è l'unica parte che diventa radioattiva: col tempo, i metalli nei tubi, nei contenitori dei reattori e nei generatori di vapore assorbono piccole quantità di neutroni dal nucleo, trasformando l'acciaio dolce o le leghe in isotopi radioattivi. Si chiama attivazione. Il problema? Questi isotopi emettono raggi gamma e, misurando i loro livelli di energia, possiamo individuare piccole crepe, corrosione o rottura del materiale molto prima che gli esseri umani possano anche solo accorgersi del problema. Il vecchio modo per farlo? Invia ispettori umani in ingombranti tute ignifughe, con sensori portatili, per strisciare attraverso aree strette e radioattive dove i livelli di radiazioni potrebbero essere fatali in pochi minuti. Sapevamo che doveva esserci un modo migliore, quindi abbiamo costruito i nostri cani robotici per svolgere questo lavoro.
Aspetta, aspetta: potresti pensare: "Un cane? Per il lavoro nucleare? Sembra assurdo". Ma ascoltami: i quadrupedi (robot a quattro zampe) sono molto meglio dei robot su ruote in questi spazi. Gli impianti nucleari hanno tutti i tipi di terreno disordinato e irregolare: pavimenti bagnati, grate di acciaio arrugginito, corridoi stretti e persino piccole scale. I robot su ruote rimangono bloccati sui detriti o non riescono a infilarsi negli spazi vuoti; i nostri cani robotici? Superano gli ostacoli, scavalcano piccoli detriti e si muovono in spazi ristretti come un vero K9, senza bisogno di dolcetti o passeggiate. Abbiamo lavorato tantissimo per rendere questi robot affidabili nell'ambiente ad alte radiazioni e ad alta temperatura di una centrale nucleare, e stanno già risparmiando agli ispettori ore di esposizione a radiazioni pericolose. Se vuoi vedere il modello base che è stato perfezionato appositamente per questo, dai un'occhiata al nostro cane robotico autonomo per l'ispezione di impianti nucleari: costruito esattamente per lavori come NAI, senza bisogno di modificare hardware standard (lo abbiamo imparato nel modo più duro quando un normale cane robotico ha fritto il suo circuito stampato durante il suo primo test nel circuito secondario di un impianto).
Ora entriamo nel dettaglio di come un cane robotico esegue effettivamente un'ispezione di attivazione dei neutroni. Analizziamolo passo dopo passo, perché non si tratta semplicemente di "arrotolare e fare una lettura": è un intero processo coordinato che bilancia autonomia, sicurezza e misurazioni estremamente precise.
Innanzitutto, la preparazione pre-missione: non è negoziabile ed è lì che la maggior parte delle persone non si rende conto che avviene il lavoro di gambe. Prima ancora che il robot metta piede nell'impianto, il nostro team estrae il gemello digitale dell'impianto (una mappa 3D di ogni tubo, recipiente e spazio confinato) e contrassegna esattamente quali aree necessitano di NAI. Nel mix entrano anche i dati sulla mappatura delle radiazioni provenienti dalle ispezioni precedenti, quindi sappiamo quali zone hanno livelli elevati di neutroni, quali sono troppo calde per gli esseri umani e quali punti può raggiungere il robot. Calibriamo anche i sensori di neutroni e gamma del robot in una camera di prova schermata (pensa: una scatola di cemento rivestita di piombo, nessuna radiazione vagante che interferisce con le letture) per assicurarci che siano accurati entro l'1%: questo è il tipo di precisione di cui hai bisogno quando individui una crepa di 0,1 mm nella parete di un tubo.
Una volta che il robot si è adattato (usiamo una copertura leggera, resistente alle radiazioni e non ingombrante, così il cane può comunque muoversi facilmente), lo guidiamo fino al punto di ingresso della pianta. È qui che entra in gioco l'autonomia: il nostro software consente al robot di spostarsi da solo, utilizzando LiDAR, telecamere ed evitando le collisioni. Evita cose come travi di supporto, tubi allentati e persino altre apparecchiature che si spostano all'interno dell'impianto. Non teleoperamo continuamente, solo se colpisce un punto strano che non riesce a capire, come una porta bloccata. E se i livelli di radiazioni aumentassero nel bel mezzo della missione? Il robot è dotato di un sistema di sicurezza integrato: si ferma automaticamente, controlla se può raggiungere una zona sicura e avvisa il nostro team se ha bisogno di aiuto. Nessun essere umano deve andare a prenderlo, il che è una grande vittoria.
Ora, il passo vero e proprio del NAI. È qui che entra in gioco il carico utile specializzato del robot: non utilizziamo gli stessi sensori per le ispezioni di petrolio e gas, giusto? Per questo abbiamo il nostro robot quadrupede autonomo per l'ispezione di oleodotti e gasdotti, che utilizza diversi sensori per la pressione e la corrosione. Ma per la NAI nucleare, il robot trasporta due strumenti chiave: un generatore di neutroni e un rilevatore di germanio ad alta purezza (HPGe). Spieghiamoli come se fossero parti reali e non spaventose: il generatore di neutroni spara neutroni controllati a bassa energia sul componente metallico che stiamo testando: questo "attiva" gli atomi di metallo proprio come fanno i neutroni del nucleo, ma in modo sicuro e controllato. Il rilevatore HPGe si trova proprio accanto al punto che stiamo testando e capta i raggi gamma emessi dal metallo attivato. Misura l'energia di ciascun raggio gamma, che ci dice che tipo di isotopo è (come ferro-55 o cobalto-60) e quanto ne è presente. Questi dati vengono inviati in tempo reale alla sala di controllo del nostro team, quindi non dobbiamo aspettare che il robot abbia finito per iniziare ad analizzarli.
Aspetta, ma come fa il robot a stare dentroesattoindividuare il punto necessario per letture accurate? Se è lontano anche solo mezzo centimetro, la lettura del rilevatore è sbagliata. Ecco perché abbiamo aggiunto un sistema di stabilizzazione dinamica: pensalo come l'autolivellamento di una fotocamera, ma molto più preciso. Le gambe del robot si adattano in tempo reale se si trova su una superficie inclinata o su un pavimento irregolare, in modo che il rilevatore rimanga bloccato sul punto target. Lo abbiamo testato l'anno scorso in uno stabilimento dell'Illinois: un punto era su una pendenza di 15 gradi e il robot non ha vacillato nemmeno quando è passato un camion di manutenzione (gli stabilimenti sono occupati, quindi non possiamo spegnere tutto per l'ispezione). Questo tipo di affidabilità non è negoziabile per il lavoro nucleare.
Un'altra cosa importante: la sicurezza dei dati. Gli impianti nucleari sono molto rigorosi in termini di sicurezza, quindi abbiamo costruito il sistema di comunicazione del robot in modo che sia crittografato: nessuno può hackerare il flusso di dati e alterare i risultati delle ispezioni. Tutti i dati sono archiviati anche sull'unità di bordo del robot, resistente alle radiazioni, quindi se la comunicazione si interrompe (cosa che può accadere in alcune aree con pareti di cemento), abbiamo ancora una registrazione completa di ogni lettura. Abbiamo effettuato un test in cui il Wi-Fi si è interrotto per 45 minuti e il robot ha continuato a funzionare, salvando i dati e inviando tutto quando il segnale è tornato. Nessun lavoro perso, niente panico.
Ora parliamo dell'aspetto della sicurezza: questo è il motivo principale per cui abbiamo costruito questi robot. Gli ispettori umani negli impianti nucleari hanno limiti di dose rigorosi: al momento, il limite medio annuo per i lavoratori del settore nucleare statunitense è di 50 mSv (millisievert) e gli ispettori che eseguono NAI potrebbero ottenere 1-2 mSv per missione se si trovano in una zona ad alta radiazione. Il nostro robot? Può rimanere nello stesso punto per ore, effettuando centinaia di letture, senza alcuna dose. Lo scorso trimestre, abbiamo avuto un cliente che ha utilizzato i nostri cani robotici per 12 ispezioni di attivazione neutronica nel loro ciclo secondario: hanno calcolato che questo ha ridotto la dose degli ispettori umani dell'85% in quel mese e hanno completato le ispezioni nella metà del tempo (nessuna attesa per la preparazione delle tute ignifughe, nessun turno limitato da limiti di dose). Non si tratta solo di una vittoria in termini di sicurezza: è una vittoria in termini di efficienza, che è enorme per gli impianti che devono rimanere online il più possibile.
Ma non è tutto perfetto, ovviamente. Abbiamo riscontrato degli intoppi. Ad esempio, alcune aree dell'impianto hanno campi magnetici molto elevati (provenienti da grandi trasformatori) che interferiscono con il LiDAR del robot. Quindi abbiamo aggiunto uno strato di schermatura magnetica all'alloggiamento del sensore e ora il problema è risolto. Un'altra cosa: a livelli di radiazione molto elevati (oltre 100 Gy all'ora), i sensori iniziano a degradarsi un po', quindi stiamo lavorando su un aggiornamento del sensore rinforzato dalle radiazioni in grado di gestire fino a 500 Gy all'ora. Testiamo ogni aggiornamento nel nostro laboratorio interno di radiazioni, dove facciamo esplodere i nostri robot con diversi livelli di radiazioni per imitare le condizioni dell'impianto, senza scorciatoie qui.
E siamo sinceri: le centrali nucleari sono spesso vecchie, con apparecchiature non perfettamente documentate. Quindi a volte il gemello digitale è un po’ fuori posto e il robot deve adattarsi. È qui che entra in gioco il nostro modello di machine learning: lo addestriamo sui dati di ogni ispezione che facciamo, in modo che possa individuare nuovi percorsi o regolare la sua navigazione se un tubo si trova in un punto diverso da quello indicato sulla mappa. Abbiamo fatto "scoprire" ai robot un piccolo portello di accesso che non era sul gemello digitale e abbiamo finito per utilizzare quel portello per le missioni future perché riduce il tempo di ispezione di 20 minuti. Questo è il tipo di agilità che non è possibile ottenere con strumenti di ispezione fissi.
Se lavori in una centrale nucleare e ti occupi di ispezioni sull'attivazione dei neutroni o di qualsiasi altro compito di ispezione troppo caldo, troppo serrato o troppo rischioso per gli esseri umani, i nostri cani robotici sono costruiti per questo. Abbiamo personalizzato il nostro cane robotico autonomo per pattugliamento e ispezione per gestire un'ampia gamma di compiti oltre il NAI, dalle pattuglie di routine, ai controlli della corrosione, alle ispezioni delle valvole, in modo da non aver bisogno di più robot. Lavoriamo anche direttamente con le squadre di sicurezza dell'impianto per personalizzare le missioni, perché ogni impianto è leggermente diverso.
Prima di concludere, voglio essere chiaro: non siamo qui per sostituire gli ispettori umani. Questi robot sono uno strumento che elimina le parti più pericolose e ripetitive del lavoro dai piatti degli esseri umani, in modo che gli ispettori possano concentrarsi sull'analisi dei dati, sulla risoluzione dei problemi e sulla garanzia che l'impianto funzioni in sicurezza. Adoriamo lavorare con i team nucleari, perché sono tra le persone più meticolose e attente alla sicurezza che abbiamo mai incontrato: ci spingono a realizzare robot migliori e noi li spingiamo a rendere le ispezioni più intelligenti.
Se sei pronto per parlare di come il nostro cane robotico può aiutarti con le tue ispezioni sull'attivazione dei neutroni o qualsiasi altra attività sugli impianti nucleari, saremmo entusiasti di connetterci. Costruiamo insieme qualcosa di più sicuro, senza alcuna pressione per intervenire direttamente: solo una conversazione su ciò di cui ha bisogno il tuo team.
Riferimenti
- Agenzia internazionale per l'energia atomica (AIEA). (2020). Tecnologie robotiche per l'ispezione e la manutenzione degli impianti nucleari. Serie sull'energia nucleare dell'AIEA.
- Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti (NRC). (2022). Requisiti di sicurezza dalle radiazioni per le ispezioni delle centrali nucleari. Guida normativa NRC 1.109.
- Jones, M., et al. (2021). Robot quadrupedi per ispezioni industriali ad alte radiazioni. Giornale di robotica da campo, 38(5), 1245-1262.
- Società nucleare americana (ANS). (2023). Metodi di ispezione dell'attivazione dei neutroni per test non distruttivi. Rapporto tecnico della Divisione Prove Non Distruttive di ANS.
