用機器狗製作超酷地圖
科學家透過整合感應器開發新的輻射地圖技術
2023 年 10 月 11 日，洛倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的科學家們正在利用機器狗上的一套自我包含的感應器，教導這些機器狗智慧地搜尋放射性物質。輻射地圖技術發展已經取得巨大進展，並在多個領域有著潛在應用，包括核能安全、核安全和防擴散、環境清理和應急救援。
從多感應器整合到場景資料融合
這項技術最初是在 2013 年的福島地震與核災後進行開發的。當時，科學家們使用微軟 Kinect 攝像頭和早期版本的手持式伽馬射線成像儀對福島地區的房屋進行了測量，並生成了粗略的三維地圖。這個基礎上，他們又整合了影片攝像頭、鐳射雷達（LIDAR）、慣性測量單元（如陀螺儀和加速度計）以及粒子探測器等感應器，並將這些不同感應器的訊息透過一種名為“場景資料融合”的技術融合到一起，生成一幅綜合性的地圖。
這項技術的目的是將輻射地圖定位到具體的地點和物體，並實現實時更新。這些系統已經可以手持、無人機以及在建築內部機器人上應用。此外科學家們還在探索如何實現更加獨立、自主的機器人行動，例如探測放射區域的熱點或找到輻射區域的邊界。
教導機器狗的新技能
科學家們在機器狗上結合了輻射檢測系統，這並不困難。伯克利實驗室的科學家布賴恩·奎特（Brian Quiter）只需要大約兩分鐘就能將定位和對映平臺（LAMP）安裝在波士頓動力的機器狗 Spot 上。然而將這兩個系統整合在一起，使 Spot 能夠獲取輻射資料並做出智慧選擇，是一個更大的挑戰。
“一個重要的考慮因素是教導機器狗識別物體以及如何對其做出反應，這在計算機視覺中被稱為‘語義分割’，”奎特說道。他還兼任伯克利實驗室應用核物理學（ANP）專案的副負責人。“如果融合在牆的另一邊有一個放射源，那些‘語義無知’的機器狗就會認為‘嘿，這堵牆有放射性’，但那些‘語義聰明’的機器狗會說‘這邊有放射性 — 我想看看牆的另一邊是什麼’。當前還沒有機制可以實現這一點。如果我們能將這種知識融入到我們的算法中，我覺得這將是一個重大突破，它將提高自動放射性地圖的效能。”
機器狗透過這種程式設計能夠智慧地標記出受污染的物體和區域，以進行清理。或者它可以走過一條走廊，識別出應該具有特定輻射特徵的廢棄物桶，並立刻收集額外的資料來調查任何異常情況。“進行良好的測量需要時間 — — 而機器人可以進行良好的測量，”奎特表示。“這使檢查員或操作人員有空做其他事情，同時機器人可以承受輻射劑量，這樣每個人都能從中受益。機器人可以承受更多輻射。”
輻射地圖的未來
儘管輻射地圖技術在過去十年間取得了進步，但仍有一些領域仍有待改善。當前的系統能夠對區域中的相對輻射強度進行測量和分析，並尋找熱點，但從有限的測量資料中生成預期輻射劑量的實際地圖仍然是一個活躍改進的領域。
一種方法是開發新的算法，能夠更好地整合感應器收集到的更多訊息。例如，科學家們正在研究能夠使用伽馬射線探測器測得的完整能量範圍生成地圖的新影象算法。（以前的方法局限於較小、較有限的能量範圍。）輻射地圖技術將來還可能在新的領域中得到應用，例如用於尋找地質上有興趣的物質，重回曾經被礦區視為無價值而被拋棄的地點，例如與電動汽車相關的鋰等。
輻射地圖技術還可能被用於幫助團隊發現全世界埋藏的數百萬枚地雷。雖然地雷本身不放射性，但研究人員正在研究使用中子進行“主動探測”的技術，該技術可能使地雷產生伽馬射線，然後再進行探測。
此外 Vetter 還可以想像利用這項技術監測太空船和太空人在較長的旅程中暴露於宇宙輻射的情況下的健康狀況。
“現在我們處於一個令人興奮的時刻，這些巨大的技術進步使我們能夠實時地對世界進行地圖制作。” 此外 Vetter 還表示“同時展望未來，我們發現還有很多工作有待完成，並且有更多科技創新值得期待。”
這些技術近期被《美國能源部核科學諮詢委員會的 2023 年長期核物理計劃》列為核科學應用的一個例子。
原文連結：https://techxplore.com/news/2023-10-rad-robot-dogs.html
