اليابان... مسابقة الروبوت الإبداعي من أجل التفكيك

يشير الناس إلى أعمال تفكيك مفاعلات محطة فوكوشيما دايئيتشي للطاقة النووية على طول منطقة ساحل هامادوري بمحافظة فوكوشيما، باعتبارها المحور الأساسي للمشروع القومي المعروف باسم ’’مبادرة ساحل فوكوشيما للابتكار‘‘. ولكن حتى بعد مرور 12 عاما على بدء أعمال التفكيك، يصعب القول إن عملية تفكيك المحطة (التي تمتد على جانبي بلدتي أوكوما وفوتابا) تسير بسلاسة.

كان من المقرر أن تنطلق عملية تصريف مياه معالجة في البحر المفتوح – إحدى المشاكل المزمنة المرتبطة بمحطة الطاقة النووية المعطوبة – خلال ربيع وصيف عام 2023، لكن الوضع لا يزال متقلبا بشكل مستمر. فالخزانات المملوءة بالمياه الملوثة بالتريتيوم والتي تستمر في التراكم في الموقع، تتسبب في تأخير المهام الأخرى التي يتم تنفيذها هناك. كان لجائحة كوفيد-19 أيضا تأثير سلبي على سير العمل. وبالتالي تم إرجاء بداية الجزء الأصعب من جهود تفكيك المحطة – المتمثل في انتشال ركام الوقود النووي – إلى النصف الأخير من السنة المالية 2023 (تبدأ من أبريل/نيسان عام 2023 وتستمر إلى مارس/آذار التالي) بعد أن كان تاريخ البدء الأصلي للمهمة في السنة المالية 2021.

ويكتنف المهمة كآبة مزمنة بسبب أن جهود تفكيك المحطة لا تلوح لها أية نهاية في الأفق. ولكن لاح بصيص أمل بفضل ’’مسابقة الروبوت الإبداعي من أجل التفكيك‘‘ والتي يرعاها مركز ناراها لتطوير تكنولوجيا التحكم عن بعد (NARREC) الذي أنشأته الوكالة اليابانية للطاقة الذرية. تتيح هذه الفعالية التي تمثل تجسيدا لشعار NARREC ’’تحويل التركيز من موقع كارثة إلى موقع للتحدي‘‘، نبذة عن المستقبل الذي سيتكشف من خلال تفكيك المنشأة في نهاية المطاف.

صورة لمحطة فوكوشيما دايئيتشي ملتقطة في سبتمبر/أيلول عام 2022. يمكن رؤية الوحدتين 3 و 4 خلف صفوف خزانات المياه المعالجة (© Nippon.com)

تأخرت أعمال تشييد أعمدة تصريف المياه التي تشاهد في هذه الصورة (© Nippon.com)

تقنيات التحكم عن بعد أساسية لتفكيك المحطة

تستضيف بلدة ناراها مركز التدريب القومي J-Village، والذي كان قاعدة لعمليات جهود التنظيف فور كارثة فوكوشيما دايئيتشي. كما يوجد في البلدة محطة فوكوشيما دايني للطاقة النووية، حيث تتواصل فيها أيضا جهود التفكيك. يبعد مركز NARREC حوالي كيلومتر واحد إلى الغرب من J-Village.

لا تزال عملية تفكيك محطة فوكوشيما دايئيتشي غامضة تماما. وبسبب المستويات العالية من النشاط الإشعاعي، تعد تقنيات الروبوت التي يتم التحكم فيها عن بُعد ضرورية لجميع الأعمال بدءا من معرفة الوضع داخل المفاعل النووي إلى انتشال ركام الوقود النووي. وهذا يتطلب تخطيطا دقيقا وإجراء تشغيل تجريبي بشكل متكرر. ويتولى مركز NARREC التشغيل التجريبي عن طريق مرافق إدارة البحث والاختبار التابعة له.

إن منشأة إدارة الأبحاث في المركز مجهزة بنظام واقع افتراضي قادر على استنساخ الجزء الداخلي من مبنى المفاعل. وهذا يمكن الباحثين من تفحص خطط متنوعة مقترحة لتفكيك محطة الطاقة وإجراء تجارب متكررة. وعند ربط النظام بجهاز محاكاة روبوتي، يستطيع الباحثون دراسة الجوانب المختلفة لجهود التفكيك باستفاضة، بما في ذلك الرسم المنظوري لأي كاميرة تقوم بالتصوير وتحديد إن كانت المواد التي يحملها الروبوت ستكون قادرة على المرور عبر الممرات والسلالم الضيقة.

مبنى إدارة البحوث كما يبدو من مدخل مركز NARREC (Nippon.com ©).

نظام الواقع الافتراضي الذي يستنسخ بشكل واقعي الجزء الداخلي لمبنى أحد المفاعلات النووية (© Nippon.com)

تتكون منشأة الاختبار من مبنى ضخم بارتفاع 40 مترا وطول 80 مترا وعرض 60 مترا. يوجد في الداخل منطقة اختبار مع نموذج بالحجم الفعلي لإحدى حاويات المفاعلات النووية وخزان مياه للاختبارات الروبوتية ونموذج لسلالم ومنطقة اختبار العناصر مع معدات التقاط الحركة.

وبينما لا تزال المنظمات والشركات المنخرطة في مهام تفكيك المحطة تواصل إجراء الاختبارات في المنشأة، تقام مسابقة الروبوت الإبداعي من أجل التفكيك في نفس الموقع في ديسمبر/كانون الأول من كل عام.

مبنى الاختبار الهائل (© يامادا شينجي)

يمكن رؤية خزان المياه المستخدم لاختبار الروبوت في الوسط. الدرابزين البرتقالي الظاهر على اليسار هو جزء من ’’درج وهمي‘‘ يمكن استخدامه لمحاكاة أنواع مختلفة من السلالم الموجودة داخل مباني المفاعلات النووية (© Nippon.com)

منافسة شاقة

أجرى مركز NARREC مسابقة الروبوت الإبداعي من أجل التفكيك لأول مرة في عام 2016 بناء على اقتراح من معلمين في المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية فوكوشيما الواقع في مدينة إيواكي الساحلية المجاورة. شارك في المسابقة في دورتها السابعة التي جرت في 10 ديسمبر/كانون الأول عام 2022، 14 فريقا من 12 مدرسة ثانوية مهنية متخصصة في جميع أنحاء البلاد.

طالبة من معهد فوكوشيما القومي للتكنولوجيا تقرأ قَسَم المشاركين في حفل الافتتاح (© يامادا شينجي)

يتألف كل فريق من 3 طلاب ومعلم واحد يكون مستشارا لهم. يتعين على الفريق الاضطلاع بمهمة إزالة تلوث جدار حيث يتنافسون فيها لمعرفة المقدار الذي سيتم تلوينه بدقة من ورقة تشبه ورق الرِق مثبتة عاليا على حائط (في محاكاة لأعمال إزالة التلوث النووي من على الأسطح) وذلك في غضون 10 دقائق.

تشبه هذه المهمة تلك التي تُجرى داخل المفاعلات النووية، من حيث عدم القدرة على مشاهدة حركات الروبوت بشكل مباشر بسبب تشغيله عن بُعد من منطقة العمليات على الجانب الآخر من الجدار. وتتضمن المهمة مناورة للروبوت في ممر ضيق مليء بالحطام داخل مبنى مفاعل نووي. يجب أن تكون أبعاد الروبوتات في حدود 95 سم طولا وعرضا و 100 سم في الارتفاع في بداية المهمة، دون أي أذرع آلية أو أي جهاز آخر يمتد من الروبوت. يتضمن المسار الذي يسلكه الروبوت منعطفات ومنحنيات، بالإضافة إلى منحدرات وشباك (سقالات من قضبان حديدية) يتعين على الروبوت التنقل عبرها بنجاح. وبمجرد الوصول إلى جدار يبلغ ارتفاعه 2.7 متر، تمتد الروبوت للأعلى وتبدأ مهمة تفكيك وهمية.

أجرى كل فريق في اليوم السابق للمسابقة تشغيلين تجريبيين، لكن معظم الفرق لم تتمكن حتى من الوصول إلى الجدار. وكان بالمقدور سماع الكثيرين وهم يعبرون عن إحباطهم من عدم قدرة كاميرا الروبوت الخاص بهم، على سبيل المثال، على الحكم بدقة على المسافات أو على تحديد مدى الانزلاقية غير المتوقعة للأرض. لم يتمكن روبوت أحد الفرق من عبور الشباك الحديدية التي يبلغ ارتفاعها 95 ملم فقط. يمكن رؤيتهم وهم يسارعون لإصلاح وتعديل معداتهم قبل بدء المسابقة الفعلية.

إلى اليسار: تمكن روبوت فريق المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية مايزورو (كيوتو) من تجاوز عائق الشباك أثناء الجولة التجريبية. على اليمين: روبوت وصل إلى منطقة إزالة التلوث يمد ذراعه التي تشبه السلم لرفع قلم يستخدم لتلوين ورقة تشبه ورق الرق بطريقة تماثل الأعمال التي تتم على أرض الواقع لإزالة التلوث النووي من على الأسطح (© يامادا شينجي)

منطقة العمليات معزولة بحواجز تحيط بها. يعتمد مشغلو الروبوت على البيانات التي ترسلها كاميرا الروبوت وأجهزة الاستشعار الأخرى لتشغيل الجهاز (© يامادا شينجي)

بمجرد عودة المتنافسين إلى منطقة التوقف خلف الكواليس بعد التشغيل التجريبي للروبوت، ينغمسون في عمليات الإصلاح والتعديل على الروبوتات الخاصة بهم (© يامادا شينجي)

زيارة إلى محطة فوكوشيما دايئيتشي

يشاهد سوزوكي شيغيكازو الذي يدرّس في المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية فوكوشيما والذي أشرف على سير تطور المسابقة، هذه التحضيرات مع ابتسامة ترتسم على وجهه. وقد قال ’’يبدو أنهم يواجهون بعض المشاكل. إن المنافسة تحاكي الظروف الفعلية لأعمال تفكيك (المحطة)، ولذلك من المفترض أن تكون صعبة. أحد الظروف التي لا مفر منها للتشغيل عن بعد داخل محطة فوكوشيما دايئيتشي للطاقة النووية هي الأرضيات الزلقة. وقد تكون الأرضيات في الواقع أكثر انزلاقا. ولإعطاء المتنافسين فكرة عن هذا وعن الظروف الفعلية الأخرى، ذهبوا جميعا في جولة في الموقع الفعلي في الصيف‘‘.

يعلَن عن مهمة مسابقة الروبوت الإبداعي من أجل التفكيك في منتصف أبريل/نيسان. ترسل الفرق ’’ورقة فكرة‘‘، وتبدأ الفرق التي تجتاز فحص الوثائق الأولي في تطوير الروبوتات الخاصة بها في منتصف شهر يوليو/تموز. وفي شهر أغسطس/آب، يلتقي جميع المشاركين في جولة في منشأة NARREC، حيث يرون مكان المنافسة وروبوتات تفكيك المحطة التي تصنعها الشركات. وفي هذا الوقت أيضا يقومون بجولة في محطة فوكوشيما دايئيتشي نفسها.

طلاب يزورون محطة فوكوشيما دايئيتشي للطاقة النووية خلال ’’المدرسة الصيفية‘‘ للمسابقة (بإذن من المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية فوكوشيما)

يقول سوزوكي إن ’’مسابقة الروبوت الإبداعي من أجل التفكيك هي برنامج لتدريب الأفراد. ومع وجود مجموعة متنوعة من المعلومات المتاحة للجمهور – وليست كلها صحيحة بالضرورة – هناك الكثير من الطلاب الذين يعتقدون أنه لا يمكن الاقتراب من فوكوشيما دايئيتشي دون ارتداء مجموعة كاملة من ملابس الحماية. ولكن في الواقع، من الممكن الاقتراب جدا من مبنى المفاعل النووي بملابس الشارع العادية. إن جعل الطلاب يرون بأنفسهم التقدم المحرز في أعمال تفكيك المحطة وفي الجهود المبذولة لإعادة بناء منطقة فوكوشيما، بالإضافة إلى مشاركتهم في التطوير الفعلي للتكنولوجيات الجديدة، من بين أهم أهداف هذه المسابقة‘‘.

سوزوكي شيغيكازو حاصل على درجة الدكتوراه في الهندسة وأستاذ مشارك في المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية فوكوشيما (© يامادا شينجي)

حتى أثناء فترات الراحة بين جولات التشغيل التجريبي، يفحص الحكام الروبوتات (© يامادا شينجي)

الإحباط قاطرة النمو

في يوم المسابقة كان هناك فريقان فقط مستعدين لتولي مهمة التفكيك. كانت معظم الفرق قد واجهت مشكلة أثناء محاولتها مناورة الروبوتات الخاصة بها فوق الشباك الحديدية. وكانت هناك أيضا فرق استسلمت في بداية المنافسة بسبب صعوبة تحقيق ذلك بنجاح عبر التحكم عن بعد.

ولكن حتى الفرق المستسلمة مُنحت الفرصة لعرض أفكارها والتقنيات التي ابتكرتها مثل حركات الذراع الآلية.

الروبوت الذي أدخله فريق من المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية إيتشينوسيكي (إيواتي)، عانى من كسر في المجنزرة بعد وقت قصير من بدء تشغيله. حصل الفريق على جائزة خاصة لابتكاره قلما قادرا على التحرك بحركة لولبية (© يامادا شينجي)

يعرض فريق المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية تسوروؤكا (ياماغاتا) الذي فاز بجائزة مدير المنظمة القومية للمدارس الثانوية المهنية (’’جائزة الفكرة‘‘)، حركات متطورة لذراع الروبوت (© يامادا شينجي)

حصل فريق المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية أوياما (توتشيغي) على جائزة وزير التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا التي تعادل الجائزة الكبرى، وهي المرة الثانية على التوالي التي يحصل فيها هذا الفريق على أعلى مرتبة في المنافسة. لم يتمكن الروبوت الخاص بالفريق من المناورة بنجاح في مسار المسابقة فحسب، بل كان لدى الفريق أيضا الوقت الكافي للتلوين على ورق الرِق مرة ثانية للتأكد من أنهم غطوا أي نقاط مفقودة خلال أول مرور لهم. بينما ذهبت جائزة محافظ فوكوشيما والتي تعادل جائزة الأداء المتميز، إلى فريق المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية مايزورو، حيث تمكن الفريق أيضا من إكمال مهمة التفكيك بالكامل. تمكن الروبوت بسهولة من تجاوز الشبكة الحديدية لأنه مزود بأسطوانات هواء في الأمام والخلف قادرة على رفع الروبوت للأعلى فوق هذا العائق.

لخص سوزوكي مجريات المسابقة على النحو التالي: ’’بمجرد خروج هؤلاء الأشخاص إلى العالم كمهندسين، سيواجهون اختبارات أكثر صعوبة. نأمل أن يجعلوا من المصاعب التي كان عليهم التغلب عليها في هذه المسابقة نقطة انطلاق تدفعهم إلى تطوير روبوتات يمكنها أن تلعب دورا في تفكيك محطة فوكوشيما دايئيتشي للطاقة النووية‘‘.

فريق المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية أوياما الفائز بالجائزة الكبرى، والروبوت الخاص به (© يامادا شينجي)

روبوت فريق كلية أوياما يقوم بالتلوين في الورقة التي بشبه ورق الرِق. فاز الفريق بالمنافسة بسهولة حيث تجاوزت قدرات الروبوت الخاص به بكثير قدرات منافسيه (© يامادا شينجي)

بعد انتهاء المسابقة، ذكر ساتو كينغو من المعهد القومي للتكنولوجيا في سينداي – الذي حصل على جائزة خاصة – بعبارات لا لبس فيها أنه يريد العمل على روبوتات لتفكيك المحطة في المستقبل. ينحدر ساتو من مدينة ميناميسوما بمحافظة فوكوشيما، وهو يتذكر كيف كان الحال عندما يعيش كنازح بسبب كارثة الزلزال والتسونامي التي وقعت قبيل دخوله المدرسة الابتدائية. قرر أن يصبح مهندسا حتى يتمكن من تأدية عمل يعود بالنفع على مسقط رأسه الذي عانى أيضا من سنوات عديدة من الأضرار التي لحقت بسمعته نتيجة الكارثة النووية.

ويقول ساتو ’’أثناء زيارتنا إلى فوكوشيما دايئيتشي في الصيف، اكتسبت فهما لمدى صعوبة المهمة، حيث استطعت أن أرى مدى صعوبة مناورة روبوت داخل مبنى المفاعل النووي. تعلمت من تجربتي في هذه المسابقة أهمية التخطيط والقدرة على التعامل مع المشكلات والانتكاسات. أريد الاستفادة من هذه التجربة في المستقبل من خلال المساهمة في جهود تفكيك المحطة‘‘.

ساتو كينغو المشارك في المسابقة، والذي أصيب بخيبة أمل على الرغم من فوزه بجائزة خاصة (© يامادا شينجي)

باستخدام فكرة من بنات أفكار فريق المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية فوكوشيما الذي فاز بجائزة الوزير في مسابقة 2020، طورت شركة في طوكيو تُعرف باسم Atox تهتم بصيانة وإدارة محطات الطاقة النووية، روبوتا صغيرا لجمع البيانات. وبهذه الطريقة وغيرها، تساهم مسابقة الروبوت الإبداعي من أجل التفكيك في إحراز نتائج واقعية.

من المتوقع أن يستمر العمل على تفكيك المحطة لمدة ثلاثين عاما أو نحو ذلك. وبالتالي فإن المسابقة تساعد أيضا في تدريب جيل جديد من الشباب الواعد الذين سيواصلون العمل لسنوات عديدة قادمة.

على اليمين يقف روبوت يسمى ’’مكسيكالي‘‘ من تصميم وإنتاج فريق المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية فوكوشيما والذي فاز بمسابقة الروبوت الإبداعي من أجل التفكيك في دورتها الخامسة. على اليسار يوجد روبوت صغير الحجم لجمع البيانات تم تطويره بالتعاون مع شركة Atox (© يامادا شينجي)

(المقالة الأصلية منشورة باللغة اليابانية، الترجمة من الإنجليزية. صورة العنوان: يعكف فريق من أعضاء المعهد القومي للتكنولوجيا في كلية فوكوشيما على تجهيز الروبوت الخاص بهم للمسابقة، © Nippon.com)