核退役模拟器技术获突破

燃料包壳筒仓（PFCS）建于20世纪50年代，其设计灵感源自简单的谷仓结构。这座混凝土建筑长29米、宽10米、高18米，分为六个高大的隔间，内部存放了从英国早期Windscale和Chapelcross反应堆燃料组件中移除的辐照包壳材料。该设施于20世纪70年代初停止接收废料，目前储存了超过3200立方米的中等放射性废料。

PFCS最初设计为永久密封，但现已安装了设备以便安全移除废料，从而实现设施退役。筒仓内设有一个废料容器处理设施，这是一个混凝土房间，由机器人负责处理废料容器。

其中一个机器人是一台六轴工业机械臂，用于拆卸空容器、将其送去装载废料，随后将返回的容器牢固地拧紧以便转移。机械臂还会对容器外部进行擦拭检测污染，并将擦拭样本放入收集盒以供分析。

执行预先编程的任务是常规操作。然而，当需要进行物理升级（例如为机械臂添加新的擦拭工具）时，操作员必须让机器人停止工作，并穿戴全套防护装备进行修改。这些修改通常需要多次测试运行，且常常需要人员多次进入调整设置。每次进入都会对人类健康和机器人造成风险，而新设置的试运行还会导致停机。即使是纯软件升级，在新程序运行期间也需要停机，并由设施内的人员通过摄像头监控。

模拟器开发

通过PFCS操作模拟器（OpSim）项目，由机器人与人工智能合作组织（RAICo）团队开发的模拟器允许在部署到设施之前，对工具或操作程序的更改进行测试和验证。一旦验证完成，软件更新可以几乎无停机地数字化传输到机器人上，而物理升级所需的进入次数也大幅减少。

RAICo由英国原子能管理局（UKAEA）、核退役管理局（NDA）、Sellafield有限公司、曼彻斯特大学和AWE核安全技术公司合作成立，旨在加速机器人和人工智能的部署，以解决核退役和聚变工程中的共同挑战。

PFCS OpSim项目利用了尖端机器人技术、专为项目开发的3D软件，以及结合RAICo和Sellafield有限公司在数字技术和核退役环境中的专业知识的团队。

为了绘制废料处理设施的地图，四足机器人Spot携带激光雷达扫描仪进入筒仓，通过激光收集空间内所有物体的精确位置数据。这些数据点被转换为3D CAD资产，用于构建PFCS的精确数字复制品。这一过程使用了RAICo内部开发的3D可视化软件平台RHOVR（远程操作虚拟现实），该平台利用游戏开发中常用的虚幻引擎创建高度逼真的3D环境。

接下来，团队获取了机器人的现成硬件和软件模拟器，并将其集成到RHOVR设置中——这是项目中技术难度最高的部分——使团队能够在照片级的虚拟环境中运行机器人程序。最终，模拟器经过六个月的验证，于今年3月在RAICo1正式展示。

演示取得了成功，随后在Sellafield有限公司的卓越工程中心建立了可运行版本，目前已用于在模拟环境中执行和验证现有机器人程序，以及提供PFCS设施操作的可视化演示。

更多应用

许多Sellafield设施具有类似的设置，例如废料转移路线（废料储存和处置的路径）使用类似的机器人在密封房间内用于拧紧和拆卸废料容器。这为未来通过RAICo计划适配模拟器的广泛用例打开了大门。

Sellafield有限公司机器人与人工智能负责人Rav Chunilal表示：“与RAICO的合作继续帮助Sellafield在危险环境中处理复杂的机器人操作。通过无缝协作，我们开发的模拟器允许我们在虚拟环境中测试和部署变更，减少停机时间和风险，并提高操作人员的安全性。它加速了我们的任务，并为核退役创新树立了新标杆，可在Sellafield和其他NDA集团运营公司中推广。”

NDA研发主管Kate Canning补充道：“这是一个可在NDA集团内部推广的优秀解决方案，可带来更大的效益。它展示了NDA集团参与RAICo计划的价值，该计划正在加速推动变革性技术在我们各站点和设施中的部署。”

第一批废料已于2023年8月成功从PFCS中取出，预计需要多年时间才能清空筒仓。