Imagina un enjambre de autónomos Robots rodantes de tres pies armados con detectores inteligentes para respaldar las salvaguardias nucleares y verificar los acuerdos de control de armas. El prototipo de tales robots, siendo desarrollado por el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y la Universidad de Princeton, demostró recientemente la capacidad de identificar la fuente de radiación nuclear y si se ha protegido para evitar la detección.

La detección de neutrones de un elemento radiactivo en la prueba PPPL culminó un proyecto de dos años financiado por el Departamento de Estado de EE. UU. Que también contribuye al Consorcio de Tecnología de Verificación del DOE. El prototipo controlado remotamente prepara el escenario para un mayor desarrollo de un enjambre móvil y completamente autónomo. "La demostración dio una confirmación total de la capacidad del robot para detectar la fuente de neutrones y proporcionó hermosos datos, "dijo el físico de PPPL Rob Goldston, un profesor de ciencias astrofísicas de la Universidad de Princeton, y un investigador principal del proyecto.

"Todo excelente y prometedor"

Co-investigador principal Alex Glaser, un profesor de ingeniería de Princeton y codirector del Programa de Princeton en Ciencia y Seguridad Global, fue igualmente efusivo. "Todo lo que vimos se ve excelente y muy prometedor, ", dijo." PPPL brindó un gran apoyo para este proyecto ".

El "bot inspector" ahora calibrado consiste en un cilindro de plástico de polietileno que contiene tres contadores de neutrones separados 120 grados y montados en un robot con ruedas especializadas que le permiten moverse en cualquier dirección. Los detectores diseñado por Goldston y Moritz Kütt, un ex investigador postdoctoral de Princeton, proporciona una alta sensibilidad a la energía de los neutrones detectados y la dirección de la que vienen los neutrones. Baja energía podría indicar blindaje.

Cuando esté completamente desarrollado, el robot podría pasar a formar parte de un enjambre de dispositivos que realizan tareas de inspección en diferentes tipos de instalaciones. Las aplicaciones propuestas podrían incluir:

• Protección de plantas de enriquecimiento por centrifugación de gas, instalaciones que enriquecen uranio para alimentar centrales nucleares. Tales plantas alimentan una forma gaseosa de uranio a través de centrifugadoras que lo mejoran para su posterior conversión en polvo e inserción en barras de combustible. Los robots inspectores podrían usarse para detectar la extracción no declarada de uranio altamente enriquecido de una fracción de la planta desviada a este uso no declarado;
• Los bots podrían detectar aún más la introducción de en lugar de natural, uranio en una planta de enriquecimiento ligeramente modificada para producir uranio apto para armas;
• El enjambre también podría contribuir a futuros tratados de desarme a través de tareas como inspeccionar las instalaciones de almacenamiento que contienen ojivas nucleares en preparación para el desmantelamiento. Los bots pudieron detectar si las ojivas realmente estaban allí y si la cantidad declarada de armas era correcta. También podrían utilizarse para determinar que las instalaciones militares declaradas no nucleares no contienen materiales nucleares.

Software de aprendizaje automático

El siguiente paso en el desarrollo incluye el diseño de software de aprendizaje automático para guiar a los robots, y tecnología para permitir que los robots se comuniquen entre sí durante las inspecciones. El sistema de inteligencia artificial (IA), dirigido por la investigadora principal Naomi Leonard, el Profesor Edwin S. Wilsey de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en Princeton, emplea lo que se llama el enfoque de bandidos de múltiples brazos, un sistema estadístico llamado así para obtener los mejores resultados de una serie de máquinas tragamonedas. El desafío clave al buscar actividades no declaradas es hacer una sabia selección entre continuar explorando o detenerse para explotar pequeñas señales que podrían ser indicativas de mala conducta.

La idea del proyecto se remonta a 2014 cuando Goldston y Mark Walker, un estudiante graduado, Escuché de otro laboratorio que instaló un techo con detectores de neutrones que se apagaron cuando pasó un camión que transportaba gas de uranio para enriquecimiento. Eso llevó a hablar de un sistema de detección de robots. "Yo dije, '¿Qué pasa con un robot?' ", recordó Goldston, y Mark dijo, "¿qué pasa con un robot, eso suena loco! "

Pero se animó a Goldston a explorar esta opción en conversaciones con los inspectores y operadores de plantas del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Glaser presentó una propuesta al Departamento de Estado de EE. UU. Con un subcontrato para que PPPL construya y calibre un solo robot de inspección, que es lo que ha conseguido el equipo.

Engranaje alto

El proyecto se aceleró el verano pasado. Harry Fetsch, un estudiante de física en Harvey Mudd College en la pasantía de laboratorio de pregrado de ciencias (SULI) en PPPL, corrió miles de horas de computadora para simular el sistema de detección. "Estas simulaciones informaron el diseño de los experimentos que realizamos, "Dijo Glaser.

Goldston ahora planea visitar la planta de fabricación de combustible nuclear del sitio del río Savannah del DOE para explorar la posibilidad de probar el bot inspector en una instalación donde va la producción de las plantas de enriquecimiento. "Queremos ver si podemos medir los neutrones que salen de los autoclaves, "Dijo sobre los dispositivos utilizados para calentar uranio y enviarlo a la planta de fabricación.

Con un mayor desarrollo, el proyecto podría demostrar "que los sistemas autónomos, simples y robustos, móvil, Los detectores de neutrones direccional y espectralmente sensibles podrían proporcionar un medio rentable para proporcionar una verificación eficaz y eficiente. "Dijo Goldston.