نیوزویز – در سال 2013، محققان یک دوربین کینکت مایکروسافت را از طریق خانه‌هایی در استان فوکوشیما ژاپن حمل کردند. نور مادون قرمز دستگاه خطوط ساختمان ها را ردیابی می کند و یک نقشه سه بعدی خشن ایجاد می کند. علاوه بر این، تیم اطلاعات نسخه اولیه یک دوربین پرتو گامای دستی را که در غیر این صورت تشعشعات هسته ای نامرئی ناشی از حادثه در نیروگاه هسته ای فوکوشیما دایچی را نشان می دهد، پوشش داد.
در این ماه، دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارت انرژی (آزمایشگاه برکلی) یک سگ رباتیک را آموزش دادند تا با استفاده از مجموعه‌ای از حسگرها در پشت خود، به طور هوشمند مواد رادیولوژیکی را جستجو کند. منصفانه است که بگوییم نقشه برداری تشعشعی راه طولانی را پیموده است.
رن کوپر، معاون مدیر برنامه هسته ای کاربردی آزمایشگاه برکلی گفت: «ممکن است زمان زیادی طول بکشد تا شاهد بهبود فناوری رادیولوژیکی مانند آشکارسازهای پرتو گاما باشیم، بنابراین ما در حال تعیین وضعیت هنر با استفاده از انواع دیگر حسگرها هستیم. در فیزیک (ANP). این فقط فیزیک هسته‌ای نیست، رباتیک، بینایی کامپیوتر، نرم‌افزار و سایر عناصر ترکیب شده‌اند تا مزایای اجتماعی را فراهم کنند.»
این برنامه ها شامل بهبود ایمنی هسته ای با نظارت بر منابع رادیواکتیو مورد استفاده در نیروگاه ها، شتاب دهنده های ذرات یا بیمارستان ها می شود. امنیت هسته ای و تلاش های منع اشاعه؛ پاکسازی و احیای محیط زیست؛ و واکنش اضطراری در بلایای طبیعی
از زمان کینکت، محققان آزمایشگاه برکلی حسگرهای بیشتری را برای ترسیم تابش ترکیب کرده اند. آنها قدرت یکپارچه را از یک دوربین فیلمبرداری، LIDAR (تشخیص نور و محدوده)، واحدهای اندازه گیری اینرسی (مانند ژیروسکوپ و شتاب سنج)، و آشکارسازهای ذرات را در سیستم های محاسباتی داخلی و قدرت مستقل دارند. در یک تکنیک ساده فریبنده به نام “تلفیقی داده های صحنه”، این حجم عظیم اطلاعات از منابع متعدد در یک تصویر واحد جمع می شود.
کای وتر، استاد دانشگاه کالیفرنیا برکلی و موسس و رئیس ANP در آزمایشگاه برکلی، می‌گوید: «آنچه اکنون می‌توانیم با سیستم‌های خود انجام دهیم کاملاً انقلابی است: نقشه‌برداری از جهان در سه بعدی و در زمان واقعی». او و چند دانشجو با آژانس انرژی اتمی ژاپن برای نقشه‌برداری از خانه‌ها در فوکوشیما همکاری کردند. “این یک راه بسیار قدرتمند برای نگاه کردن به محیط و تصمیم گیری است زیرا ما این ابزار را داریم که می تواند تشعشعات را در همه جا تجسم کند.”
این سیستم‌ها اکنون می‌توانند با دست بر روی زمین‌های ناهموار حمل شوند، با هواپیماهای بدون سرنشین در فضاهای باز پرواز کنند یا به رباتی متصل شوند که می‌تواند در داخل ساختمان مانور دهد. محققان اکنون بر روی این قابلیت‌ها برای فعال کردن فعالیت‌های رباتیک مستقل‌تر، مانند کاوش نقاط داغ یا یافتن مرزهای یک منطقه تشعشع، کار می‌کنند.
آموزش ترفندهای جدید به سگ رباتیک
اتصال یک سیستم تشخیص تشعشع به یک سگ رباتیک دشوار نیست. حدود دو دقیقه طول می کشد تا برایان کویتر، دانشمند آزمایشگاه برکلی، الف یک پلت فرم محلی سازی و نقشه برداری (LAMP) به سگ رباتیک Spot Boston Dynamics. ادغام این دو سیستم به طوری که Spot داده های تشعشع را دریافت کند و بداند چگونه انتخاب های هوشمندانه انجام دهد داستان دیگری است.
یک عامل بزرگ این است که به سگ یاد می دهد اشیاء چیست و چگونه به آنها واکنش نشان دهد، فرآیندی در بینایی کامپیوتری که به “بخش بندی معنایی” معروف است.
کویتر که معاون ANP نیز هست می گوید: «اگر منبع رادیواکتیو آن طرف دیوار داشته باشید، سگ نادان از نظر معنایی می آید و می گوید: «هی، این دیوار رادیواکتیو است». “یک سگ از نظر معنایی هوشمند خواهد گفت: “اینجا رادیواکتیو است – من می خواهم ببینم آن طرف دیوار چه چیزی وجود دارد.” در حال حاضر مکانیسمی برای انجام این کار وجود ندارد. اگر بتوانیم این دانش را در الگوریتم های خود بگنجانیم، فکر می کنم کار بزرگی خواهد بود. این کارایی نقشه برداری خودکار رادیواکتیویته را بهبود می بخشد.
با این نوع برنامه نویسی، یک ربات خود مختار می تواند به طور هوشمند اشیاء و مناطق آلوده را برای تمیز کردن نقشه برداری کند. یا می تواند در یک راهرو قدم بزند، ظروف زباله مشکوک به امضای تشعشع مشخص را شناسایی کند و بلافاصله داده های اضافی را برای بررسی هر گونه ناهنجاری جمع آوری کند.
کویتر گفت: «اندازه‌گیری‌های خوب زمان میبرد – و روبات‌ها می‌توانند اندازه‌گیری‌های خوبی انجام دهند. این کار بازرسان یا اپراتورها را برای انجام کارهای دیگر آزاد می‌کند و به این معنی است که ربات می‌تواند دوز تشعشعات را به جای انسان جذب کند، بنابراین همه برنده می‌شوند.» یک ربات می تواند تشعشعات بسیار بیشتری را جذب کند.
آینده نقشه های تشعشعی
نقشه برداری تشعشعی در دهه گذشته تکامل یافته است، اما هنوز مناطقی وجود دارد که محققان مایل به بهبود آن هستند. سیستم‌های کنونی در نقشه‌برداری مقادیر نسبی تشعشع در یک منطقه و انتخاب نقاط داغ خوب هستند، اما تشکیل یک نقشه واقعی از دوزهای تابش مورد انتظار از یک اندازه‌گیری محدودتر منطقه‌ای است که بهبود فعال دارد.
وتر گفت: “خواندن کمی کار آسانی نیست زیرا جهان بسیار پیچیده است.” با تشعشع، فاصله بازخوانی و میزان محافظ در طول مسیر مهم است. بسیاری از آنها را باید از اندازه‌گیری‌هایی که انجام می‌دهیم استنباط کرد، اما مزیتی که اکنون داریم این است که اطلاعات زیادی درباره محیط خود با استفاده از یادگیری ماشین و بینایی ماشین به دست می‌آوریم.
یک رویکرد، توسعه الگوریتم‌های جدید است که می‌تواند حتی بیشتر از اطلاعاتی که حسگرها جمع‌آوری می‌کنند، در خود جای دهد. برای مثال، دانشمندان نتایج اولیه امیدوارکننده‌ای را از الگوریتم‌های تصویربرداری جدید دیده‌اند که می‌توانند نقشه‌هایی را با استفاده از طیف کامل انرژی‌های اندازه‌گیری شده توسط آشکارسازهای پرتو گاما تولید کنند. (روش های قبلی با محدوده انرژی کوچکتر و محدودتر مرتبط بودند.)
سیستم های نقشه برداری تشعشعی نیز ممکن است در آینده کاربردهایی در مناطق جدید پیدا کنند. محققان به طور بالقوه می‌توانند از آنها برای بازیابی مواد حیاتی استفاده کنند، راهی برای جستجوی مواد جالب زمین‌شناسی که سایت‌های معدن سابق آنها را دور انداخته‌اند، زیرا در آن زمان ارزشمند تلقی نمی‌شدند – برای مثال لیتیوم برای خودروهای الکتریکی.
کویتر گفت: «این یک مشکل بسیار بزرگ است و ما امیدواریم بتوانیم به حل آن کمک کنیم.
نقشه برداری تشعشعی به طور بالقوه می تواند به تیم ها کمک کند تا برخی از میلیون ها مین زمینی مدفون شده در سراسر جهان را پیدا کنند. در حالی که مین های زمینی رادیواکتیو نیستند، محققان در حال مطالعه این هستند که چگونه تکنیکی به نام “کاوشگر فعال” با استفاده از نوترون ها می تواند باعث شود که مین ها پرتوهای گاما ساطع کنند و سپس می توانند آن را شناسایی کنند. وتر همچنین می‌تواند استفاده از این فناوری را برای نظارت بر سلامت فضاپیماها و فضانوردان در سفرهای طولانی‌تر که در معرض تشعشعات کیهانی هستند، پیش‌بینی کند.
وتر گفت: «جایگاهی که امروز هستیم هیجان انگیز است، با این پیشرفت های عظیم در فناوری که به ما امکان می دهد جهان را در زمان واقعی نقشه برداری کنیم. اما این نیز هیجان انگیز است که ببینیم چه کارهای دیگری باید انجام شود و چه چیزی در آینده در راه است.
Stage data fusion اخیراً فراخوانی شده است برنامه بلند مدت 2023 برای فیزیک هسته ای توسط کمیته مشورتی علوم هسته ای وزارت انرژی به عنوان نمونه ای از کاربردهای علوم هسته ای صادر شده است.
کار برای ادغام LAMP و Spot توسط اداره ملی امنیت هسته ای DOE (NNSA) پشتیبانی می شود.
###
در سال 1931 با این اعتقاد که بزرگترین چالش های علمی به بهترین وجه توسط تیم ها حل می شود، تاسیس شد. آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و دانشمندان آن با 16 جایزه نوبل شناخته شده اند. امروزه، محققان آزمایشگاه برکلی انرژی پایدار و راه‌حل‌های زیست‌محیطی را توسعه می‌دهند، مواد مفید جدید ایجاد می‌کنند، مرزهای محاسبات را پشت سر می‌گذارند و اسرار حیات، ماده و جهان را کشف می‌کنند. دانشمندان از سراسر جهان برای اکتشافات علمی خود به امکانات آزمایشگاه متکی هستند. آزمایشگاه برکلی یک آزمایشگاه ملی چند برنامه ای است که توسط دانشگاه کالیفرنیا برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده اداره می شود.
دفتر علوم DOE بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به Energy.gov/science.
