Radyoaktif Maddenin Hızı

Radyoaktif, kimyasal veya biyolojik maddeler, tehdit edici durumlarda insanlar tarafından algılanamaz ve uzaktan algılama ile tespit edilmesi zordur. Fraunhofer İletişim, Bilgi İşleme ve Ergonomi Enstitüsü (FKIE) araştırmacıları, radyoaktif kaynakları hızlı ve hassas bir şekilde belirlemek için özel donanımlı dronlar ve robotlar kullanıyor.

Kimyasal, biyolojik, radyolojik, nükleer ve patlayıcı maddeler (kısaca CBRNE maddeler) halk ve acil servisler için tehdit oluşturabilir. Örneğin, 2023 yılında bir kamyondan düşen sadece birkaç milimetre boyutundaki bir sezyum kapsülü, Avustralya'da büyük bir arama operasyonuna yol açmıştı. Son zamanlarda artan hibrit saldırılar ve çeşitli istikrarsızlaştırma girişimleri tehdit durumunu daha da kötüleştirdi. Bu nedenle Fraunhofer FKIE'deki iki araştırma departmanı, bu tehdit durumlarında insanlara mümkün olan en iyi desteği sağlamak için insansız hava araçlarını (İHA) ve robotları (insansız kara araçları) nasıl kullanabileceğimiz sorusunu yoğun bir şekilde ele alıyor. Bu tür sistemlerin performansı, Zwentendorf nükleer santralindeki Avrupa Robotik Hackathon'unda (EnRicH) ve Avrupa Kara Robot Denemesi'nde (ELROB) uzun yıllar boyunca defalarca değerlendirilmiştir. Bu etkinliklerin her ikisi de Bilişsel Mobil Sistemler departmanından araştırmacılar tarafından dönüşümlü yıllarda ortaklaşa düzenlenmektedir. Bu çalışmalar, insansız hava araçlarının ve robotların gerçekçi çalışma koşulları altında pratik uygunluklarını test etmeye ve sonuçlara dayanarak daha da geliştirilmelerine katkıda bulunur.

Radyoaktif kaynakları tespit etmek için yüksek otomasyonlu İHA

Alman Silahlı Kuvvetleri Koruyucu Teknolojiler ve Kimyasal, Biyolojik, Radyolojik ve Nükleer (KBRN) Koruma Araştırma Enstitüsü (WIS) ile yapılan bir sözleşme kapsamında, Sensör Veri ve Bilgi Füzyonu bölümündeki araştırmacılar, radyoaktif kaynakları hızlı ve hassas bir şekilde tanımlayabilen ve konumlandırabilen bir İHA geliştiriyorlar. Teknoloji prototipi, WIS'in Münster'deki sahasında saha denemelerinde zaten test edildi. Bu sistem, radyoaktif bir kaynağı birkaç dakika içinde birkaç metreye kadar hassas bir şekilde takip edebiliyor. Fraunhofer FKIE'de araştırma bilimcisi olan ve teknoloji prototipini meslektaşı Torsten Fiolka ile birlikte tasarlayan Claudia Bender, "Avustralya'daki sezyum kapsülü, günlerce elde taşınabilir dedektörlerle yapılan aramadan sonra ancak bulunabildi. İHA'mızı kullanarak radyoaktif kapsülü çok daha hızlı bulabilirdik" diyor.

Tespit süreci, bir keşif aşaması ve hedefli bir arama aşaması olmak üzere iki aşamadan oluşur.

Araştırmacılar özellikle karmaşık veri işleme, sensör verisi birleştirme ve otomasyon konularında uzmanlaşmıştır. Algılama süreci yüksek oranda otomatiktir ve bir keşif aşaması ile bir arama aşamasından oluşur. Keşif aşamasında, İHA hedef alan üzerinde uçar ve çevreden sürekli olarak veri toplar. Arka plan radyasyonundan bir sapma tespit edildiği anda sistem arama moduna geçer.

Bu modda, dronun uçuş yolu, çevreden topladığı bilgiler ve mevcut sensör verilerine göre dinamik olarak uyarlanır. Bu, kaynağın farklı konumlarının olasılığını tahmin eden stokastik yöntemler kullanılarak yapılır. Araştırmacı, "Pilot dronu havalandırdığında, başlangıçta sabit bir uçuş düzenini izler. Yeterli sensör verisi elde edildiği anda, sistem uyarlanabilir arama moduna geçer ve birikmiş bilgileri kullanarak kaynağın nerede olabileceğini bağımsız olarak hesaplar," diye açıklıyor. "Ardından, tehlikeli maddeyi bulana kadar ara noktalar oluşturur ve kaynağın kesin konumunu bildirir." Mekansal bir ısı haritası, taranan alanlardaki radyasyon seviyelerini gösterir. Radyoaktif madde içerme olasılığı en yüksek olan hücreyi belirtmek için bir olasılık haritası da kullanılabilir.

Drone, radyasyon seviyelerini ölçen bir gama dedektörü ve algılama işlemi için ek sensörlerle donatılmıştır. Bunlar, elektro-optik ve kızılötesi kameralar, veri işleme için bir Intel NUC bilgisayar, bir atalet ölçüm birimi (IMU) ve yerden verileri izlemek için bir LTE iletişim modülü ile desteklenmektedir. Kameralar, drone tarafından görülen canlı görüntüyü gösterir. İnsanlar, binalar ve araçlar gibi nesneleri algılayabilir ve bunları coğrafi referanslama ile bir harita üzerinde görüntüleyebilirler. IMU, drone'un konumunu ve hareketini 3 boyutlu olarak kaydeder.

Teknoloji gösterim aracı, HUGIYN projesi (Y-Yayan Nükleitleri Tespit ve Tanımlama için Yüksek Otomasyonlu İHA) kapsamında yapılan araştırmaların ürünüdür. SLEIPNIR takip projesinde (Radyoaktif Kaynaklardan Nükleitler ve İzotoplar için Otomatik Havadan Tespit ve Tanımlama Platformu), araştırmacıların hedefleri arasında İHA'nın hava hızını artırmak ve aynı anda birden fazla ve hareketli nükleiti lokalize etmek yer almaktadır.

Deneysel CBRNE robotları, radyoaktif tehlikeli maddelerin tespitinde ve geri kazanılmasında yardımcı oluyor.

İnsanlar için çok tehlikeli olan durumlarda, insansız kara araçları dronlarla birlikte destek sağlar. CBRNE sensörleri ve otonom destek fonksiyonlarıyla donatılmış robotlar daha sonra tespit sürecini devralır. CBRNE tespit sensörlerinin, navigasyon stratejilerinin ve coğrafi veri işlemenin insansız kara araçlarıyla akıllıca birleştirilmesi, Fraunhofer FKIE'deki Bilişsel Mobil Sistemler bölümünün başkan yardımcısı Frank E. Schneider için önemli bir araştırma alanıdır.

Schneider, uygulama senaryosunu şöyle açıklıyor: “Çernobil gibi radyoaktif madde içeren olaylara hazırlık amacıyla Almanya'da resmi bir radyoaktivite izleme sistemi kuruldu . Almanya genelinde birkaç kilometre aralıklarla sensörlerden oluşan bir ağ dağıtıldı. Bunlar, mevcut radyoaktif emisyon seviyelerini sürekli olarak Alman Federal Radyasyon Koruma Dairesi'ne (BfS) bildiriyor. Potansiyel olarak tehlikeli bir alanda ön keşif sırasında robot tarafından tespit edilen radyasyon yoğunluğunu, bu alan için radyoaktivite izleme sistemi tarafından bildirilen normal seviye ile karşılaştırıyoruz. Potansiyel bir tehdidi doğrulamak veya reddetmek için sonuçları bir radyasyon haritasında, yani ısı haritasında birleştirmek için veri füzyonunu kullanıyoruz.”

Bilişsel Mobil Sistemler departmanının bir diğer odak noktası da, CBRNE robotlarının kontrolünü kolaylaştırmak için akıllı navigasyon ve yardımcı fonksiyonlar geliştirmektir. Bu fonksiyonlar, robotun tüm tehlike bölgesini kapsamasını ve böylece radyasyon kaynağını güvenilir bir şekilde belirlemesini sağlar. Robot tarafından yapılan ek ölçümler daha sonra kontrol merkezine tehlikeli alanın boyutu, bulunan radyoaktif madde türü ve güvenlik koridorunun yönlendirileceği konumlar veya koordinatlar hakkında bilgi verir. Uzmanlar ve acil servisler, bu şekilde elde edilen verileri kullanarak sonraki adımları belirleyebilirler.

Tıklama ve kavrama sistemi, tutucu kol ile karmaşık hareketlere olanak tanır.

Canlı video görüntüsüne fareyle tıklanarak tetiklenen akıllı bir tıklama ve kavrama sistemi, robotun kavrama kolunun nesneleri otomatik olarak alıp, fareyle tıklanarak belirlenen farklı bir konuma yerleştirmesini sağlar. Pratik testlerde, sistem dökülen malzemeyi otonom olarak kavrayabildi, radyasyon açısından kontrol etti, uzaklaştırdı ve özel bir kaba yerleştirdi. Yenilikçi yardımcı fonksiyon, araba kapılarını açmak gibi karmaşık hareketlere bile olanak tanıyarak, kapalı alanlardaki radyoaktif malzemelere bile erişebileceği anlamına gelir.

Schneider'in ekibi ayrıca, fotogerçekçi bir 3D model ve sanal gerçeklik ortamı oluşturmak için özel sensörler kullanan yeni işletim konseptleri geliştiriyor. Bu, operatörün robotu hareket ettirmek zorunda kalmadan nesneleri farklı açılardan görmesini sağlıyor. Araştırmacı, "Bu, operatöre gelişmiş durumsal farkındalık kazandırıyor" diyor. Dahası, insan eline ve koluna takılan sensörler, operatörün kol hareketlerini robota aktarabiliyor. Böylece manipülatör sezgisel olarak kontrol edilebiliyor. "Bu yeni destek fonksiyonuna 'ceket kontrolü' diyoruz. Bu, eğitimli uzman olmayan acil durum personelinin de robotu sezgisel olarak kontrol etmesini sağlıyor."

1. BfS ortam gama doz hızı izleme ağı, Almanya genelinde dağılmış yaklaşık 1.700 ölçüm noktasını içermektedir.