——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報
做到極致,這是馮常反復(fù)提到的?!皺C(jī)器人要承擔(dān)在核環(huán)境下應(yīng)急的特殊任務(wù),這決定了它必須萬無一失,每個環(huán)節(jié)都要做到最好?!?/p>
核電站反應(yīng)堆水池、乏燃料水池等強(qiáng)輻射環(huán)境,不僅是人類的禁區(qū),也令工業(yè)機(jī)器人“卻步”。
在中科院成都光電技術(shù)研究所,住著一群不怕強(qiáng)輻射的機(jī)器人,它們的“爸爸”是該研究所高級工程師馮常。
高懸的機(jī)械手臂、圓圓的攝像鏡頭,大的狀如一輛坦克有100多公斤,小的形如幾只捆綁在一起的炮彈僅有十多公斤……這幾組機(jī)器人看似其貌不揚(yáng),卻有著特殊的本領(lǐng)。它們能在人類生命禁區(qū)的超強(qiáng)輻射環(huán)境下偵查救援,猶如“特種部隊”,是我國自主研發(fā)的耐核輻射機(jī)器人。
“機(jī)器人最高可承受65攝氏度高溫、抵御每小時10000西弗核輻射?!瘪T常說,它能在核輻射區(qū)“出生入死”。
做到極致,這是馮常反復(fù)提到的?!斑@(機(jī)器人)并非是用耐輻射材料‘堆砌’而成。機(jī)器人要承擔(dān)在核環(huán)境下應(yīng)急的特殊任務(wù),這決定了它必須萬無一失,每個環(huán)節(jié)都要做到最好。”
“能不能自己搞出來?”
1996年是馮常與機(jī)器人邂逅的起點。那一年,24歲的他走出了母校重慶大學(xué)的校門,進(jìn)入了中科院成都光電技術(shù)研究所。
入職后,馮常接手的第一個“孩子”是——水下核用機(jī)器人,人稱“水下坦克”。彼時,馮常所在團(tuán)隊與國內(nèi)核電站合作,先后自主研制出20余種該類核用機(jī)器人。
喜悅并沒有停留太久。研制“水下坦克”時,有個問題讓馮常很糾結(jié)。當(dāng)時,我國核工程領(lǐng)域大量設(shè)備被國外壟斷并依賴進(jìn)口,其中也包括核用機(jī)器人的“眼睛”——耐輻射成像系統(tǒng)。
在輻射區(qū),這套系統(tǒng)可傳輸現(xiàn)場畫面,便于后臺人員指揮機(jī)器人完成檢測設(shè)備、收集數(shù)據(jù)等任務(wù)。
“過去,這項技術(shù)在我國一直是空白。”馮?;貞浄Q,那時因涉及到核領(lǐng)域,進(jìn)口耐輻射攝像機(jī)不僅要受到對方嚴(yán)格審查,而且產(chǎn)品供貨周期長、后期維護(hù)也相當(dāng)困難。
2006年,在一次工作討論中,有人提出“能不能自己搞出來?”
這句話“打中”了馮常。
說干就干。結(jié)合光電所已有優(yōu)勢,他組織人手很快投入研發(fā)。以耐輻射機(jī)理為主要研究對象,馮常團(tuán)隊圍繞耐輻射電路系統(tǒng)設(shè)計、光學(xué)材料制備工藝、器件篩選等課題深入研究。2010年,該團(tuán)隊自主研制出國內(nèi)首套高耐輻射照攝像系統(tǒng),填補(bǔ)了國內(nèi)在這一領(lǐng)域的空白。
此后,馮常團(tuán)隊不斷升級高耐輻射照攝像系統(tǒng)的技術(shù)水平。國內(nèi)首套核電應(yīng)急機(jī)器人所使用的高耐輻射攝像機(jī),也是出自馮常團(tuán)隊,該攝像系統(tǒng)的耐輻射劑量率指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
每項功能都要對應(yīng)需求
時間推到2014年,馮常團(tuán)隊承擔(dān)了核電應(yīng)急機(jī)器人項目。
這是一個從零開始的研發(fā)項目。那時的馮常經(jīng)常問自己“它該長什么樣?”
“我們沒有借鑒和參考,只有概念。甚至連做什么產(chǎn)品、長什么樣子,事先都沒有參考范例?!瘪T常說。
同時,對馮常來說,研發(fā)產(chǎn)品的難點不是突破某項指標(biāo)或技術(shù),而是要弄清楚需求是什么?!斑@是一次與國家核安全需求緊密結(jié)合的攻關(guān),而不是紙上談兵。”
在實際操作中,大到耐輻射材料的選擇、功能區(qū)的設(shè)置、設(shè)計電路的分布、傳感器的加固等問題,小到機(jī)器人“身高”“體重”能否適應(yīng)需求,團(tuán)隊都要考慮到?!斑@些‘細(xì)枝末節(jié)’都是需求?!瘪T常說。
找到了需求,也就找到了方向。以機(jī)器人搭載的水下照明系統(tǒng)為例,馮常說,最早研制它是為滿足燃料組件測量機(jī)器人的需求。
“在超高輻射環(huán)境,這種機(jī)器人要近距離觀測燃料組件,進(jìn)行核燃料外觀及尺寸的準(zhǔn)確監(jiān)測。那么,照明設(shè)備就必須滿足高亮度、高均勻性、高耐輻射、防爆性的要求,并且對光源材料也有特殊的限制?!瘪T常說。
最終,該團(tuán)隊用一年時間完成了核用水下特種照明系統(tǒng)的系列化產(chǎn)品研發(fā),同時也填補(bǔ)了該領(lǐng)域的國內(nèi)空白。
“只有掌握了用戶對設(shè)備的需求,研發(fā)才能有的放矢?!瘪T常說,在產(chǎn)品研發(fā)過程中,團(tuán)隊甚至直接派科研人員到核電站長期駐扎,了解現(xiàn)場工作環(huán)境,以使設(shè)備能夠快速滿足現(xiàn)場的工作要求。
可靠性不到100%就是失敗
機(jī)器人,并非新鮮事物。目前,各種功能的機(jī)器人正廣泛用于制造業(yè)、工程施工等各領(lǐng)域。
核環(huán)境條件下的應(yīng)急機(jī)器人僅靠增加防護(hù)性、采取耐輻射材料,就能“拼湊”完成嗎?在馮常看來,這肯定不是。
按照傳統(tǒng)的科研步驟,在確定機(jī)器人的各類指標(biāo)和參數(shù)后,科研人員開始“閉門造車”:圍繞目標(biāo)攻關(guān),最后交付產(chǎn)品、“圓滿”完成任務(wù)。
但研發(fā)核用機(jī)器人卻不能完全照搬這一路線,可靠性要求增加了科研難度?!霸诤穗娺@個特殊領(lǐng)域,機(jī)器人的可靠性必須達(dá)到100%而不是99.9%?!?/p>
在研發(fā)初期,由于沒有足夠重視可靠性,他的團(tuán)隊曾走了彎路。
他說,一次人為操作失誤導(dǎo)致機(jī)器人“罷工”,一次傳感器失效導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差,一次設(shè)備沖突造成某個功能暫停。這些都不是現(xiàn)場所能接受的?!耙坏┌l(fā)生緊急情況,它頂不上去、不能發(fā)揮作用,或許就會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。”馮常說。
機(jī)器人連續(xù)性能測試,被稱為“拷機(jī)”,是最為嚴(yán)格的一項可靠性測試。
進(jìn)行該試驗前,為防止人為操作失誤產(chǎn)生的系統(tǒng)故障,團(tuán)隊找來從未參與過項目的人,對機(jī)器人后臺操作系統(tǒng)進(jìn)行“胡亂按鍵”式的“破壞性操作”。為測試機(jī)器人在各種條件狀況下能否保持性能,它會被拉上卡車在野外“顛簸”幾小時,或者“享受”風(fēng)吹日曬幾天后,又立即開展工作性能測試。
“試驗過程中設(shè)備出現(xiàn)任何問題,都必須解決。對我們來說,問題沒有大小之分?!瘪T常說,從研發(fā)到交付產(chǎn)品的上千個環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)團(tuán)隊都力求做到極致。
馮常不會止步于此。
未來,他計劃在原有技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步在核工程應(yīng)急、反恐安防機(jī)器人領(lǐng)域開展模塊化、小型化技術(shù)的研究。同時,他計劃展開水下3D掃描、伽馬射線成像以及核燃料后處理系列設(shè)備等研究工作。
人物檔案
馮常,四川省成都市人,生于1972年7月,系中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所微電子裝備總體研究室副主任、高級工程師;長期從事特種機(jī)器人技術(shù)、特種光電檢測技術(shù)、耐輻射視頻成像技術(shù)及水下機(jī)器視覺技術(shù)研究。
記者手記
他說話幽默、反應(yīng)敏銳。黝黑的臉上,帶著青年科學(xué)家特有的微笑,這是馮常給我留下的第一印象。
幾個小時的采訪下來,這位機(jī)器人“爸爸”對工作的投入深深地感染了我。
應(yīng)急機(jī)器人是一項從零起步的研究,“摸著石頭過河”成為馮常工作的常態(tài)。而這份摸索的動力,正源自他對事業(yè)的熱愛。
單位里流傳著不少馮常的“故事”。周末加班時,不少科研人員把孩子帶到所里,馮常干脆讓孩子們測試機(jī)器人的耐久性。他說,因為“他們是最調(diào)皮的”。
在家休息時,馮常只要一聽到電視播放有關(guān)機(jī)器人的新聞,會立馬奔到電視機(jī)前?!熬褪翘貏e感興趣?!彼┖┑卣f。
?。ㄔd于《科技日報》 2017-09-04 05版)
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