核用应急机器人“爸爸”冯常的故事:可靠性要达到100%,让孩子测试机器人

在中科院成都光电技术研究所,住着一群不怕强辐射的机器人,它们的“爸爸”是该研究所高级工程师冯常。 高悬的机械手臂、圆圆的摄像镜头,大的状如一辆坦克有100多公斤,小的形如几只捆绑在一起的炮弹仅有十多公斤……这几组机器人看似其貌不扬,却有着特殊的本领。它们能在人类生命禁区的超强辐射环境下侦查救援,犹如“特种部队”,是我国自主研发的耐核辐射机器人。 “机器人最高可承受65摄氏度高温、抵御每小时10000西弗核辐射。”冯常说,它能在核辐射区“出生入死”。 做到极致,这是冯常反复提到的。“这(机器人)并非是用耐辐射材料‘堆砌’而成。机器人要承担在核环境下应急的特殊任务,这决定了它必须万无一失,每个环节都要做到最好。”

中科院成都光电技术研究所高级工程师冯常 “能不能自己搞出来?” 1996年是冯常与机器人邂逅的起点。那一年,24岁的他走出了母校重庆大学的校门,进入了中科院成都光电技术研究所。 入职后,冯常接手的第一个“孩子”是——水下核用机器人,人称“水下坦克”。彼时,冯常所在团队与国内核电站合作,先后自主研制出20余种该类核用机器人。 喜悦并没有停留太久。研制“水下坦克”时,有个问题让冯常很纠结。当时,我国核工程领域大量设备被国外垄断并依赖进口,其中也包括核用机器人的“眼睛”——耐辐射成像系统。 在辐射区,这套系统可传输现场画面,便于后台人员指挥机器人完成检测设备、收集数据等任务。 “过去,这项技术在我国一直是空白。”冯常回忆称,那时因涉及到核领域,进口耐辐射摄像机不仅要受到对方严格审查,而且产品供货周期长、后期维护也相当困难。 2006年,在一次工作讨论中,有人提出“能不能自己搞出来?” 这句话“打中”了冯常。 说干就干。结合光电所已有优势,他组织人手很快投入研发。以耐辐射机理为主要研究对象,冯常团队围绕耐辐射电路系统设计、光学材料制备工艺、器件筛选等课题深入研究。2010年,该团队自主研制出国内首套高耐辐射照摄像系统,填补了国内在这一领域的空白。 此后,冯常团队不断升级高耐辐射照摄像系统的技术水平。国内首套核电应急机器人所使用的高耐辐射摄像机,也是出自冯常团队,该摄像系统的耐辐射剂量率指标达到国际先进水平。 每项功能都要对应需求 时间推到2014年,冯常团队承担了核电应急机器人项目。 这是一个从零开始的研发项目。那时的冯常经常问自己“它该长什么样?” “我们没有借鉴和参考,只有概念。甚至连做什么产品、长什么样子,事先都没有参考范例。”冯常说。 同时,对冯常来说,研发产品的难点不是突破某项指标或技术,而是要弄清楚需求是什么。“这是一次与国家核安全需求紧密结合的攻关,而不是纸上谈兵。” 在实际操作中,大到耐辐射材料的选择、功能区的设置、设计电路的分布、传感器的加固等问题,小到机器人“身高”“体重”能否适应需求,团队都要考虑到。“这些‘细枝末节’都是需求。”冯常说。 找到了需求,也就找到了方向。以机器人搭载的水下照明系统为例,冯常说,最早研制它是为满足燃料组件测量机器人的需求。 “在超高辐射环境,这种机器人要近距离观测燃料组件,进行核燃料外观及尺寸的准确监测。那么,照明设备就必须满足高亮度、高均匀性、高耐辐射、防爆性的要求,并且对光源材料也有特殊的限制。”冯常说。 最终,该团队用一年时间完成了核用水下特种照明系统的系列化产品研发,同时也填补了该领域的国内空白。 “只有掌握了用户对设备的需求,研发才能有的放矢。”冯常说,在产品研发过程中,团队甚至直接派科研人员到核电站长期驻扎,了解现场工作环境,以使设备能够快速满足现场的工作要求。 可靠性不到100%就是失败 机器人,并非新鲜事物。目前,各种功能的机器人正广泛用于制造业、工程施工等各领域。 核环境条件下的应急机器人仅靠增加防护性、采取耐辐射材料,就能“拼凑”完成吗?在冯常看来,这肯定不是。 按照传统的科研步骤,在确定机器人的各类指标和参数后,科研人员开始“闭门造车”:围绕目标攻关,最后交付产品、“圆满”完成任务。 但研发核用机器人却不能完全照搬这一路线,可靠性要求增加了科研难度。“在核电这个特殊领域,机器人的可靠性必须达到100%而不是99.9%。” 在研发初期,由于没有足够重视可靠性,他的团队曾走了弯路。 他说,一次人为操作失误导致机器人“罢工”,一次传感器失效导致数据偏差,一次设备冲突造成某个功能暂停。这些都不是现场所能接受的。“一旦发生紧急情况,它顶不上去、不能发挥作用,或许就会产生严重后果。”冯常说。 机器人连续性能测试,被称为“拷机”,是最为严格的一项可靠性测试。 进行该试验前,为防止人为操作失误产生的系统故障,团队找来从未参与过项目的人,对机器人后台操作系统进行“胡乱按键”式的“破坏性操作”。为测试机器人在各种条件状况下能否保持性能,它会被拉上卡车在野外“颠簸”几小时,或者“享受”风吹日晒几天后,又立即开展工作性能测试。 “试验过程中设备出现任何问题,都必须解决。对我们来说,问题没有大小之分。”冯常说,从研发到交付产品的上千个环节,每个环节团队都力求做到极致。 冯常不会止步于此。 未来,他计划在原有技术研发基础上,进一步在核工程应急、反恐安防机器人领域开展模块化、小型化技术的研究。同时,他计划展开水下3D扫描、伽马射线成像以及核燃料后处理系列设备等研究工作。 人物档案 冯常,四川省成都市人,生于1972年7月,系中国科学院光电技术研究所微电子装备总体研究室副主任、高级工程师;长期从事特种机器人技术、特种光电检测技术、耐辐射视频成像技术及水下机器视觉技术研究。 记者手记 他说话幽默、反应敏锐。黝黑的脸上,带着青年科学家特有的微笑,这是冯常给我留下的第一印象。 几个小时的采访下来,这位机器人“爸爸”对工作的投入深深地感染了我。 应急机器人是一项从零起步的研究,“摸着石头过河”成为冯常工作的常态。而这份摸索的动力,正源自他对事业的热爱。 单位里流传着不少冯常的“故事”。周末加班时,不少科研人员把孩子带到所里,冯常干脆让孩子们测试机器人的耐久性。他说,因为“他们是最调皮的”。 在家休息时,冯常只要一听到电视播放有关机器人的新闻,会立马奔到电视机前。“就是特别感兴趣。”他憨憨地说。

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2017-09-09

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