Waarom robots steeds kapot gaan in Fukushima

Voor mensen is het veel te gevaarlijk in een kernreactor van Fukushima, daarom moeten robots het radioactieve afval opruimen. Maar ze falen steeds weer. Waarom zijn reddingsrobots nog niet klaar voor deze klus?

23 maart 2016

Overal ligt puin en water en er is levensgevaarlijk hoge straling. Voor reddingswerkers is het daarom nog altijd niet mogelijk om veilig de beschadigde kernreactoren van Fukushima te bezoeken. Laat staan om er de rotzooi op te ruimen, die ontstond na de aardbeving en tsunami van 2011.

Het is dus niet zo vreemd dat op afstand bestuurbare robots worden ingezet om orde op zaken te stellen. Maar dat blijkt vooralsnog geen succes. Deze maand nog gingen reddingsrobots kapot terwijl ze radioactief materiaal wilden opruimen in een beschadigde reactor. Er was jarenlang aan de robots gewerkt.

Radioactief water

Hoe komt het toch dat robots niet slagen? “Fukushima is een zeer gevaarlijke en vijandige omgeving voor robots”, zegt hoogleraar Paul Oh van Drexel University in de Verenigde Staten. Hij is hoofd van de ontwikkeling van Hubo, de reddingsrobot waaraan meerdere Amerikaanse universiteiten werken. “Een van de grootste problemen is de straling.”

Wedstrijd

Naar aanleiding van de problemen rond Fukushima, organiseerde het Amerikaanse onderzoeksinstituut DARPA van defensie een wedstrijd. Wetenschappers bouwden robots die in Fukushima moesten overleven. Ze lieten zich door onder meer door apen inspireren. Kennislink schreef al eerder uitvoerig over deze Darpa Robotics Challenge.

Die radioactiviteit verstoort bijvoorbeeld de elektronica en sensoren van de robots. “Straling penetreert de robot en verstoort de atoomverbindingen van kunststoffen. Die worden bijvoorbeeld gebruikt als isolatiemateriaal. Het heeft ook invloed op halfgeleiders, die verwerkt zitten in printplaatjes”, zegt robotonderzoeker Jeroen Wildenbeest van de TU Delft. “In eerste instantie leidt de straling bij halfgeleiders tot gaten in de atoomstructuur, wat kan leiden tot softwarefouten. Dit kunnen enen en nullen zijn die omslaan. Ook kunststoffen gaan kapot onder het effect van de straling en verliezen op den duur, net als halfgeleiders, hun functie. Eigenlijk zoals isolatiemateriaal rond een oude stroomkabel, dat oud en bros wordt.”

Het duurt nog zo’n veertig jaar voor Fukushima is ontmanteld. — Fukushima is een gevaarlijke omgeving voor mensen en robots.
IAEA

Een robot loslaten in een gebied met veel radioactiviteit is vergelijkbaar met een elektrisch apparaat of metalen in een magnetron plaatsen, benadrukt Oh. “Dat gaat ook niet goed. In Fukushima is de omgeving natuurlijk nog heel veel slechter voor robots.”

Tegen de straling ondernemen robotontwikkelaars al van alles, benadrukt Wildenbeest. “Bijvoorbeeld door de elektronica robuust te maken tegen softwarefouten en goed af te schermen. Maar wanneer robots in een kernreactor van Fukushima door radioactief water zwemmen om afval op te ruimen, kan de straling vrijwel overal komen omdat het in het water zit.”

Fabriek

Daar komt bij dat van de robots veel meer wordt gevraagd dan alleen even wat weggooien. Ze moeten zwemmen, over puin heen klauteren en bijvoorbeeld ook nog brokstukken verplaatsen om bij een deur te komen. “Voor robots is dit allemaal erg lastig. Het zijn zeer uiteenlopende taken die ze moeten uitvoeren”, zegt Oh.

Auro’s krijgen steeds meer elektronica, maar hoe betrouwbaar is het netwerk? — Autofabrieken zijn helemaal aangepast aan robots, zodat ze geen brokken maken en optimaal presteren.
Resident on Earth

Neem een deurklink, die is ontworpen voor de handen van mensen en niet voor een blikken reddingswerker. “In fabrieken functioneren robots uitstekend. Want daar hebben we de omgeving volledig aangepast aan hen”, zegt Wildenbeest. “In een kernreactor van Fukushima komen ze terecht in een menselijke omgeving. Dat zijn ze niet gewend. Er ging in het verleden bijvoorbeeld een robot naar binnen, die al snel geen meter meer verder kwam. Er werd een tweede robot gestuurd om te kijken wat er aan de hand was. Toen bleek dat er een stuk staal de doorgang blokkeerde. Dat was die robot nog niet eerder tegengekomen en hij wist niet wat te doen.”

Robots zijn momenteel vaak erg goed in het uitvoeren van een taak. Bijvoorbeeld door een deur aan te brengen op een auto in een fabriek. Of neem een robot die heel hard kan rennen of de wereldkampioen van het spelletje Go verslaat. “Maar bij een combinatie van taken, gaat het vaak mis. Dat is nog ontzettend lastig voor robots”, zegt Oh.

Apollo

Er is momenteel een veel te hoog verwachtingspatroon, benadrukken Wildenbeest en Oh. Onder meer door films als I, Robot en The Terminator denken veel mensen dat het wondermachines zijn. “Maar dat is echt nog sciencefiction. Je kunt de huidige robots het beste vergelijken met bejaarden. Ze bewegen niet altijd even gemakkelijk en als ze vallen dan gaat er vaak wat kapot”, zegt Oh.

Tegelijkertijd vinden Wildenbeest en Oh ook dat robots zich wel degelijk razendsnel ontwikkelen. “Een paar jaar geleden konden veel robots nog geen deur openen, terwijl dat nu geen probleem meer is”, zegt Wildenbeest. “Misschien is het nog te hoog gegrepen dat ze radioactief afval opruimen in Fukushima. Maar we leren ontzettend veel bij, doordat we nu merken waarom robots falen.”

Oh sluit zich daarbij aan. “Je kunt het vergelijken met de Apollo-missie. Bij de eerste raket ging het helemaal mis. Apollo 1 vloog tijdens een oefening in brand. Als we toen waren gestopt, was Neil Armstrong nooit op de maan geweest. De robots worden steeds beter en de dag komt dichterbij dat ze wel succesvol zijn in Fukushima. Die ramp laat ons in ieder geval zien hoe welkom reddingsrobots zijn.”

CHIMP beklimt een ladder. — Reddingsrobot CHIMP is zo ontworpen dat hij meerdere dingen kan. Hier zie je hem in actie terwijl hij een ladder beklimt. Onderzoekers van de universiteit van Carnegie Mellon (Verenigde Staten) ontwikkelden deze robot en lieten zich daarbij inspireren door apen.
Carnegie Mellon University

New Orleans

Wildenbeest is ervan onder de indruk dat robots zich steeds beter bewust worden van hun omgeving. Wij mensen herkennen al snel onze omgeving: we weten wat een pak melk is, ook als we er maar een gedeelte van zien. “Voor een robot is dat lastig. Die herkent zo’n pak bijvoorbeeld door naar de kleur te kijken. Maar als het schemert, verandert de kleur. Daarom worden nu robots ontwikkeld die met deze onzekerheden om kunnen gaan. Ze kijken dan ook naar de vorm of de letters op het pak, als de kleur niet goed zichtbaar is.”

Ondanks het falen in Japan krijgen robots een steeds belangrijkere rol in rampgebieden, verwachten Oh en Wildenbeest. “New Orleans heeft nog altijd te kampen met de gevolgen van orkaan Katrina. Het water en de wind sleurde onder meer koelkasten, magnetrons en stenen mee. Die moeten worden hergebruikt. Dat is een goede taak voor robots. Ze kunnen in hun eigen tempo al die spullen verzamelen”, zegt Oh. “Of laat ze de zandzakken die nog overal liggen opruimen. Op dat soort plekken hebben we al direct wat aan robots en in de toekomst wordt hun bijdrage alleen nog maar groter.”