Intervención robotizada en entornos radioactivos

El Idaho National Laboratory (INL), instalación del gobierno norteamericano, consta de una trayectoria de más de 30 años, trabajando entre uno de sus laboratorios, Irradiated Materials Characterization, en el campo de la mecánica, térmica y microestructura de materiales radiados, entregados por clientes de diferentes sectores. La técnica de radiar piezas metálicas está en constante mejora, pues las piezas emiten radiación a un nivel peligroso para las personas, por ende no es posible manipularlo de forma directa.

Los procesos son realizados en una hot cell; un entorno cerrado, “con paredes de un (1) metro de grosor que además contiene máquinas de compresión, tensión e impacto, instalación y eliminación de fijaciones, pruebas en microscopios, etc.”. La manipulación de este tipo de piezas se hace de forma remota. Los operarios se ubican en la parte de afuera y son protegidos por ventanas gruesas, con varias capas de vidrio plomado y aceite, para evitar el paso de radioactividad.

El operario utiliza manipuladores electromecánicos que constan de una parte “maestro” y una parte “esclavo”. La parte “maestro” la maneja el operario y la parte “esclavo” responde a todos los movimientos de manera exacta.

La técnica ha funcionado por mucho tiempo, pero es necesario buscar nuevas soluciones que permitan manipular estas piezas y salvaguardar a los operarios. Para tal propósito es necesario tener en cuenta algunas variables:

  • Es necesario aumentar el rendimiento de la instalación debido a que el proceso no es muy intuitivo y requiere previo aprendizaje.
  • Adaptar el manipulador “maestro-esclavo”, de manera que funcione de forma ergonómica. La tarea se dificulta, debido a que el operario tiene que ejecutar movimientos que no son naturales, además de tener que ayudarse con botones y que la visión a través de la ventana de seguridad no es totalmente nítida.
  • El mantenimiento de los equipos es costoso.
  • Es necesario automatizar parte de las tareas de manipulación para mejorar el rendimiento.

La búsqueda por implementar acciones de mejora y nuevas tecnologías para la correcta manipulación de elementos radioactivos es para INL una prioridad.

En Tecnalia implementamos una solución para ellos, basados en la realización de un robot quirúrgico teleoperado, llamado BROCA. Consiste básicamente en un sistema de cirugía robótica remota. Funciona con 3 brazos completamente ergonómicos y son controlados por joysticks. El cirujano opera frente a una pantalla 3D.

Tanto la aplicación BROCA, como Idaho, tienen similitudes a nivel operativo, a pesar de que son usadas para propósitos diferentes.

INL trajo consigo ciertos requisitos de cómo debía operar dicha maquina. En Tecnalia, nuestra solución consiste en un sistema de telemanipulación robótica con realimentación híptica.

El sistema consiste en un doble brazo robótico que consta de una garra en cada uno de los extremos. Esta situado dentro de la hot cell para manipular los objetos altamente radioactivos. Del otro lado de la hot cell está situado el operador, quien controla cada movimiento del doble brazo.

Los movimientos del robot son controlados por los joysticks que manipula el técnico y el robot reproduce fielmente cada gesto de las manos. Además el técnico esta monitoreando constantemente cada movimiento al interior de la hot cell, mediante imágenes 3D que le son enviadas con frecuencia. A la fecha, el sistema ha sido desplazado a las instalaciones de INL. Personal técnico de Tecnalia también realizó una visita para supervisar el montaje final, realizar las pruebas de funcionamiento y formar al personal de INL en el manejo de la maquinaria. Una vez que haya transcurrido un periodo de pruebas en un entorno sin radiación, pero chequeando las las funcionalidades, se dará paso a la integración de los equipos en los laboratorios que están en construcción y se contempla que contraten nuevos sistemas de características similares.

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