Esta categoria inclui robôs de demolição e robôs para a desativação ou desativação de complexos nucleares, químicos, de resíduos, militares e outros complexos perigosos. A desativação e desativação (D&D), assim como as atividades pós-acidentes, são geralmente realizadas através de manipulação remota. O operador geralmente está em uma cabine segura ou operando os robôs/manipuladores a partir de uma distância segura. Os robôs estão em uso freqüente no processo de desativação de usinas nucleares.
Tipos de operações realizadas pelo robô
Até o momento, cerca de 180 reatores nucleares comerciais, instalações experimentais ou protótipos e mais de 500 reatores de pesquisa foram retirados de operação. A maioria das partes de uma usina nuclear não se tornam radioativas ou estão contaminadas apenas em níveis muito baixos..
Técnicas e equipamentos comprovados estão disponíveis para desmantelar instalações nucleares com segurança e têm sido bem demonstrados em várias partes do mundo. Os custos de desmantelamento das usinas nucleares, incluindo a disposição dos resíduos associados, estão diminuindo e são apenas uma fração baixa do custo total da geração de eletricidade.
Atualmente, 18 reatores comerciais estão sendo desativados e cerca de 400 reatores nucleares civis serão fechados nas próximas duas décadas, dos quais aproximadamente metade será desativada. A demolição das estruturas muitas vezes acompanha um risco considerável à medida que as diferentes peças se desmancham. As tarefas típicas compreendem:
- Descontaminação ativa por tratamentos físicos/químicos de superfície (coleta, remoção, depósito superficial, remoção de contaminação do concreto penetrado))
- Coletar fluidos descontaminados, detritos, resíduos, material
- Coleta e manuseio de resíduos (secundários) de descontaminação
- Transporte e depósito de material contaminado
- Material de processamento de superfície (por exemplo, para aplicação em selagem)
- Processos físicos (corte, perfuração, fresagem, etc.) para a desmontagem de estruturas
- Sondagem e medições ativas (geometria, contaminação, etc.)
Algumas operações são bastante rudes, tais como derrubar estruturas de edifícios e remoção de escombros. Outros procedimentos podem envolver a desmontagem cuidadosa de equipamentos e dispositivos, redução de tamanho e embalagem de manuseio/armazenamento. Freqüentemente, ferramentas como tesouras hidráulicas e chaves de impacto são usadas. Na maioria dos casos, esses robôs consistem de uma peça móvel com um manipulador hidráulico a bordo que tem uma ferramenta para demolição montada na extremidade.
Brokk desenvolveu uma série de máquinas hidráulicas acionadas eletricamente que podem navegar através de portas estreitas, descendo escadas, e em áreas de muito alta dose. Elas estão sendo usadas na Fukushima para pesquisar, filmar e remover detritos das áreas de altíssima exposição dos reatores danificados. A Brokk adicionou os manipuladores de efeito final, como um manipulador de célula quente com capacidade de carga superior a 75 kg.
A aplicação de robótica no corte de tubos, eletrodutos, bandejas de cabos, aço estrutural e concreto escarificado (escarificação) é praticamente ilimitada..
Numerosos fabricantes oferecem manipuladores fixos ou montados em um pórtico ou em uma plataforma móvel para agarrar objetos, manipulação ou orientação de ferramentas. O LMF (“Leichtes Manipulator-Fahrzeug,” “Easy Manipulator Vehicle”) fabricado pela Cybernétix (agora Technip) é um veículo modular para intervenção controlada remotamente em instalações nucleares. A base móvel, que pode atravessar obstáculos como escadas, é equipada com uma telemanipulação hidráulica pesada (force feedback). O controle, dados e imagens de vídeo são transmitidos por um cabo umbilical ou por um sistema de rádio usando tecnologia de espectro estendido.
Cybernétix também desenvolveu uma gama de portadores equipados com braços manipuladores hidráulicos ou elétricos, ambos com e sem reflexão de força. Uma seleção de mãos teleoperadas para a desativação é produzida pela Wälischmiller Engineering.
As operações de corte a laser no Superphénix reator de neutrões rápidos (atualmente sendo desmontado em Creys-Malville, França) foram realizadas utilizando CHARLI, um pequeno aparelho de controle remoto (DUA) equipado com um braço robótico com uma cabeça de corte a laser e várias câmeras de visão.
Ele foi especialmente projetado para mover-se dentro de estruturas fechadas de tubulações e pode suportar condições ambientais muito severas com altos níveis de radiação e temperaturas, bem como a presença de sódio, aerossóis e argônio..
No reator 4 de Chernobyl’s: o robô de legged Spot da Boston Dynamics foi usado para gerar um mapa de calor de radiação que vazou do sarcófago feito de concreto e aço, no qual o reator foi coberto. O robô foi equipado com um sensor de radiação colimado e operado por pesquisadores da Universidade de Bristol, da Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido, da iniciativa Robótica e Inteligência Artificial em Nuclear, e do Centro Nacional de Robótica Nuclear.
Os trabalhos para o desmantelamento da usina nuclear Fukushima-Daiichi ainda estão em andamento: Várias tecnologias de robôs foram consideradas essenciais para o sucesso; portanto, as ofertas públicas de tecnologias aplicáveis como catálogo técnico foram solicitadas pelo Ministério da Economia, Comércio e Indústria do Japão em 2012. Foram introduzidos robôs no local do desastre para limpeza e desativação.
Devido à pandemia de Covid-19, a remoção dos detritos será adiada por cerca de um ano.
Até hoje, a construção de estradas ainda é feita principalmente por máquinas guiadas manualmente ou parcialmente automatizadas. Trabalhar junto às faixas rodoviárias é um trabalho ruidoso e perigoso, o que para estas causas é adequado para a automação.
Um exemplo de um novo método de estrada e demolição de paredes é oferecido pela Conjet, que produz máquinas automáticas de jateamento de água a alta pressão. Este processo, chamado de hidrodemolição, utiliza um jato de água de alta pressão para remover o concreto de estruturas sensíveis, tais como pontes, estacionamentos, barragens, canais, túneis, cais e molhes em conjunto com o reparo do concreto.
Estes robôs também são usados para outras aplicações de jato de água, tais como escarificação ou aspersão de superfícies, limpeza e remoção de tinta. Alternativamente, furadeiras elétricas podem ser acopladas aos braços do robô.
Jatos de água fortes podem ser aplicados para reparo e desconstrução eficazes de estradas. Os robôs podem guiar com precisão os jatos de água de alta pressão para cortar e remover concreto de pontes, estradas e paredes de prédios. Devido ao recuo, precisão e emissão de ruído associados a essas máquinas, elas têm operado automaticamente. Para derrubar estruturas de aço e metal, o braço do robô também pode ser equipado com maçaricos oxi-combustível..
Nível de distribuição
A indústria de energia nuclear é um importante usuário de robôs, embora na maioria das vezes sejam unidades altamente especializadas, produzidas em quantidades relativamente pequenas. Com a construção antecipada de novas usinas em muitos territórios, combinada com as tarefas de desmantelamento massivo que se avizinham, as perspectivas são fortes para soluções robóticas inovadoras neste setor. Portanto, os robôs para demolição geral de complexos de construção e desmantelamento ou manutenção de usinas nucleares, indústrias químicas, tratamento de resíduos ou complexos militares têm um potencial de mercado significativo.
Considerações de custo-benefício e desafios de marketing
O desmantelamento de um local nuclear é caro: Enquanto na Alemanha foram reservados 38 bilhões de euros para o desmantelamento de 17 reatores nucleares, a UK Nuclear Decommissioning Authority estima que a limpeza das 17 instalações nucleares do Reino Unido custará entre 109 e 250 bilhões de euros nos próximos 120 anos, o que significa 1,4 a 2,7 bilhões de euros por Giga Watt. A França destinou apenas 23 bilhões de euros para desativar seus 58 reatores.
Quando as usinas nucleares estão sendo desmanteladas, muitas vezes é difícil ou impossível utilizar trabalho manual devido ao risco de radiação ou contaminação química. Por outro lado, em tais casos é possível utilizar um robô de demolição na área a ser descontaminada, desmontada ou demolida. Para ser verdadeiramente eficaz, o robô deve ser ágil no sentido; deve ser capaz de cortar tubos, embalar material em containers, demolir paredes ou transportar material, etc. Finalmente, ele deve ser desmontado para ser transportado para uma área de armazenamento. O principal desafio aqui é que o robô deve ser extremamente confiável, pois é virtualmente impossível reparar ou atualizar o sistema uma vez que tenha sido implantado. Devido a considerações de segurança e à complexidade da tarefa, estes robôs são tipicamente controlados à distância com um grau de autonomia limitado. O desafio de combinar sensoriamento/feedback robusto com alta durabilidade e flexibilidade representa um obstáculo significativo para uma implantação mais ampla.
A maioria dos dispositivos robóticos atuais emprega pouca autonomia ou mesmo movimento programado; invariavelmente, há um humano no loop de controle e é provável que continue. A maioria dos sistemas aplica simples controle remoto, teleoperação ou manipulação de mestre/escravo e geralmente se enquadram em uma das três seguintes categorias amplas:
- Soluções relativamente caras e personalizadas para problemas específicos.
- Equipamento de uso geral, modificado para este uso.
- Sistemas produzidos a partir de componentes "off the shelf" (COTS), tais como braços manipuladores para serviço pesado (acionados hidraulicamente).
A indústria de energia nuclear utiliza robôs durante a construção de usinas, operações de manutenção de desativação e eliminação de resíduos. A Agência de Energia Nuclear (NEA) explica em um relatório da OCDE de 2011 sobre o Programa Cooperativo de Desmantelamento (CPD): "Com relação ao uso de robótica, o CPD observou que [...] os robôs podem ter uma aplicabilidade prática limitada no desmantelamento, contrariamente às expectativas anteriores de que os métodos robóticos seriam amplamente utilizados na descontaminação e desmantelamento de estruturas e componentes radioativos, embora continuem a ser necessários para algumas aplicações, especialmente nas áreas de alta radiação. A limpeza e verificação para a liberação ou desclassificação de estruturas de concreto contaminadas alfa onde a infiltração de contaminação em rachaduras e ao longo de penetrações de tubos provou ser muito desafiadora e, de fato, em alguns casos, levou as autoridades a impor critérios de liberação muito mais rigorosos..."..
Entretanto, em dezembro de 2019, a NEA estabeleceu um grupo de especialistas sobre a Aplicação de Robótica e Sistemas Remotos no back end nuclear com 40 especialistas representando 14 países membros e três organizações internacionais para trocar informações e explorar possíveis atividades conjuntas.
Os meios para superar essas limitações foram identificados como "...alto custo de desenvolvimento da tecnologia robótica como um obstáculo à obtenção de um conjunto de tecnologias robóticas e/ou remotas (plataformas e ferramentas) para operações eficientes em áreas de alta radiação ou contaminadas. Os principais desafios que precisam ser enfrentados para superar os altos custos e desenvolver e integrar mais plenamente a robótica em projetos de descomissionamento incluem:
- Desenvolver um conhecimento mais completo e mais amplo e a apreciação das capacidades robóticas; que existem atualmente e onde têm sido utilizadas com sucesso em projetos de desativação.
- Parar de reinventar tecnologias; que já existem, e depois abandonar o equipamento quando o projeto estiver concluído. Se cada projeto de desativação insistisse em projetar e fabricar suas escavadeiras, guindastes e outros equipamentos a partir do zero, eles também seriam proibitivamente caros..
- Gerenciar a desativação para se tornar um patrono consecutivo e confiável da indústria robótica e permitir que os custos de novos desenvolvimentos e avanços se espalhem por vários projetos de desativação.
- Integrar a geração mais nova e tecnicamente mais hábil na atual geração mais antiga e investida de D&gerentes de D que desconfiam da tecnologia e acham que é mais simples e mais econômico lançar mão de obra em uma tarefa.
- Financiar pesquisas mais abaixo no oleoduto de P&D para influenciar o desenvolvimento e teste de capacidades robóticas que se aplicam ao P&D nuclear, em vez de tentar apoiá-los depois de serem desenvolvidos para outras aplicações em outras indústrias e no setor militar..
Uma análise das causas pelas quais os robôs japoneses não desempenharam um papel proeminente na resposta ao desastre nuclear de Fukushima é instrutiva em relação aos desafios acima.”
No entanto, há uma forte tendência a utilizar sistemas mais versáteis, tanto no que diz respeito ao grau de automação quanto de mobilidade. Sensores avançados, realidade aumentada e interação homem-máquina muito melhorada ou usabilidade aumentaram o benefício prático do uso da tecnologia de robôs. Particularmente em relação ao desastre de Fukushima, espera-se que este projeto de descomissionamento se torne um dos maiores desafios de engenharia de nosso tempo: Estima-se que levará provavelmente 40 anos para completar 15 bilhões de dólares a um custo. A operação envolverá esquadrões de robôs avançados. Durante o primeiro semestre de 2017, uma série de investigações visuais utilizando equipamentos e robôs controlados remotamente foi realizada para identificar as condições das embarcações no interior, bem como a distribuição de detritos de combustível em todas as três unidades.
No verão de 2017, como declarado no roteiro do governo, foram apresentadas políticas para a recuperação de detritos de combustível de cada unidade e resultou em uma discussão sobre qual deles deveria ser o primeiro a ser submetido à recuperação de detritos de combustível em 2018. Em 2019, foi realizado o primeiro teste, que incluiu o levantamento e a movimentação de detritos de combustível por um braço robô. Embora os testes tenham terminado com resultados positivos, espera-se que a operação de limpeza não comece até 2022, uma vez que os planos iniciais para iniciar em 2021 tiveram que ser adiados devido à pandemia de Covid-19.
Deve-se notar que o desastre de Fukushima estava motivando o Desafio de Robótica DARPA em grande parte. O desafio DARPA em 2020 concentrou-se na robótica subterrânea, que pode operar em ambientes subterrâneos complexos..
Fukushima também motivou o Desafio de Desastres na Cúpula Mundial de Robôs de 2018 em Tóquio.
Mesmo em ambientes não-nucleares, muitas vezes há um risco considerável associado à demolição de estruturas, por exemplo, a demolição de um teto. Para este fim, foi desenvolvida uma raça especial de robôs. Os robôs são tipicamente teleoperados a partir de um painel de operador sem fio. No entanto, é característico que este seja um nicho de mercado, e muitos dos fornecedores não consideram seus veículos como sistemas robóticos, mas sim como um veículo de demolição com um guindaste hidráulico para o manuseio de paredes, tetos, tubulações, etc.