Imagine um enxame de autônomos, Robôs rolantes de um metro de altura armados com detectores inteligentes para apoiar as salvaguardas nucleares e verificar os acordos de controle de armas. O protótipo de tais robôs, sendo desenvolvido pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) e pela Princeton University, recentemente demonstrou a capacidade de identificar a fonte de radiação nuclear e se ela foi protegida para evitar a detecção.

A detecção de nêutrons de um elemento radioativo no teste PPPL encerrou um projeto de dois anos financiado pelo Departamento de Estado dos EUA que também contribui para o Consórcio de Tecnologia de Verificação do DOE. O protótipo controlado remotamente prepara o terreno para o desenvolvimento de um enxame móvel e totalmente autônomo. "A demonstração deu a confirmação total da capacidade do robô de detectar a fonte dos nêutrons e forneceu dados lindos, "disse o físico do PPPL Rob Goldston, um professor de ciências astrofísicas da Universidade de Princeton, e um investigador principal do projeto.

“Tudo excelente e promissor”

Co-investigador principal Alex Glaser, um professor de engenharia de Princeton e codiretor do Programa Princeton em Ciência e Segurança Global, foi igualmente efusivo. "Tudo o que vimos parece excelente e muito promissor, "disse ele." PPPL forneceu grande apoio para este projeto. "

O agora calibrado "inspector bot" consiste em um cilindro de plástico de polietileno contendo três contadores de nêutrons separados por 120 graus e montados em um robô com rodas especializadas que permitem que ele se mova em qualquer direção. Os detectores, desenhado por Goldston e Moritz Kütt, um ex-pesquisador de pós-doutorado em Princeton, fornece alta sensibilidade à energia dos nêutrons detectados e a direção de onde vêm os nêutrons. Baixa energia pode indicar blindagem.

Quando totalmente desenvolvido, o robô pode se tornar parte de um enxame de dispositivos que realizam tarefas de inspeção em diferentes tipos de instalações. As inscrições propostas podem incluir:

• Protegendo plantas de enriquecimento de centrifugação de gás, instalações que enriquecem urânio para abastecer usinas nucleares. Essas usinas alimentam uma forma gasosa de urânio por meio de centrífugas que o atualizam para posterior conversão em pó e inserção em barras de combustível. Os robôs inspetores poderiam ser usados ​​para detectar a retirada não declarada de urânio altamente enriquecido de uma fração da planta desviada para esse uso não declarado;
• Os bots poderiam detectar ainda mais a introdução de baixo enriquecimento, ao invés de natural, urânio em uma planta de enriquecimento ligeiramente modificada para produzir urânio para armas;
• O enxame também pode contribuir para futuros tratados de desarmamento por meio de tarefas como a inspeção de instalações de armazenamento que contêm ogivas nucleares em preparação para o desmantelamento. Os bots podiam detectar se as ogivas realmente estavam lá e se o número declarado de armas estava correto. Eles também poderiam ser usados ​​para determinar que as instalações militares não nucleares declaradas não contêm materiais nucleares.

Software de aprendizado de máquina

A próxima etapa do desenvolvimento inclui o design de um software de aprendizado de máquina para guiar os robôs, e tecnologia para permitir que os robôs se comuniquem entre si durante as inspeções. O sistema de inteligência artificial (IA), liderado pelo investigador principal Naomi Leonard, o professor Edwin S. Wilsey de Engenharia Mecânica e Aeroespacial em Princeton, emprega o que é chamado de abordagem de bandido multi-armado - um sistema estatístico nomeado para obter os melhores resultados de uma série de caça-níqueis. O principal desafio na procura de atividades não declaradas é fazer uma seleção inteligente entre continuar a explorar e parar para explorar pequenos sinais que podem ser indicativos de mau comportamento.

A ideia do projeto remonta a 2014, quando Goldston e Mark Walker, um estudante de graduação, Ouvi falar de outro laboratório que instalou um teto com detectores de nêutrons que explodiram quando passou um caminhão que transportava gás urânio para enriquecimento. Isso levou a falar de um sistema de detecção de robôs. "Eu disse, 'que tal um robô?' "Goldston lembrou, e Mark disse, "que tal um robô, isso parece loucura! "

Mas Goldston foi encorajado a explorar esta opção em discussões com inspetores e operadores de usinas da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA). Glaser apresentou uma proposta ao Departamento de Estado dos EUA com um subcontrato do PPPL para construir e calibrar um único robô inspetor, que é o que a equipe conseguiu.

Marcha alta

O projeto entrou em alta velocidade no verão passado. Harry Fetsch, estudante de física no Harvey Mudd College no estágio de graduação em Ciências do Laboratório (SULI) do PPPL, executou milhares de horas de computador para simular o sistema de detecção. "Essas simulações informaram o projeto dos experimentos que conduzimos, "Disse Glaser.

Goldston agora planeja visitar a planta de fabricação de combustível nuclear do DOE Savannah River Site para explorar a possibilidade de testar o robô inspetor em uma instalação para onde vai a produção de plantas de enriquecimento. "Queremos ver se podemos medir os nêutrons que saem das autoclaves, "disse ele sobre os dispositivos usados ​​para aquecer o urânio e enviá-lo para a planta de fabricação.

Com mais desenvolvimento, o projeto poderia demonstrar "que autônomo simples e robusto, Móvel, detectores de nêutrons direcional e espectralmente sensíveis podem fornecer um meio de baixo custo para fornecer verificação eficaz e eficiente, "Goldston disse.