福島第一原子力発電所でのSpotの活躍

2011年の福島第一原子力発電所事故から10年以上が経過しても、福島第一原子力発電所内に未調査である場所が多く残されている。施設内の部屋のドアの中には事故以来開けられていないものもあり、除染関係者はその扉の反対側に何があるのかほとんど知らなかった。

しかし2022年、廃炉作業員たちはボストン・ダイナミクス社の四足歩行ロボット「Spot」を使い、データ収集、ビデオ撮影、線量測定、放射能検査用の瓦礫サンプルの採取を始めた。すでに他の追跡型ロボットや車輪付きロボットを使用していたが、Spotの優れた機動性と自動化されたアームは「ゲームチェンジャー」であることが証明されたと、Spotの原子力プログラムの責任者であるブラッド・ボンは言う。

「このような事故に対処する場合、ロボットがナビゲートするのが難しいエリアが存在することが非常に多いのです」とボンは説明する。「例えば、階段は多くのロボットにとって非常に困難です。事故による瓦礫が加わると、このような場所を移動するのは非常に難しくなり、線量率が十分に高ければ、人間が立ち入ることはできません。ですから、ロボットは非常に重要であり、可動性に関してほとんど制限のないロボットを持つことができるということは、本当に重要なことなのです。」

東京パワーテクノロジー株式会社（TPT）原子力事業部 福島原子力事業所 廃炉工事部 機械設備第二グループの副長の渡部 浩司氏は、このプロジェクトでは、困難な地形を移動できるだけでなく、かなりの重量を運んだり、ドアを開閉したり、分析サンプルを採取したりできるロボットが必要だと指摘する。「このプロジェクトには、機動性に優れたロボット、つまり建物内を自由に移動でき、コミュニケーションが取りやすいロボットが必要でした」と渡部氏は言う。「Spotはまさに私たちが必要としていたものでした。」

2011年3月11日、強力な地震とそれに続く津波が東北地方を襲い、１万５９百人が死亡した。多くの人々が被災し、2,000億ドル以上の損害が発生した。福島第一原発を襲った高さ１４メートル程の津波は、冷却水循環ポンプに必要なディーゼル発電機を破壊し、3回のメルトダウン、3回の水素爆発、そして広範囲に及ぶ放射能汚染を引き起こした。

集中的な除染プログラムにもかかわらず、原発の完全な廃炉には数十年かかると予想されている。高レベルの放射線が存在する場所では、作業員が注意事項を守らなければならないため、人間が現場を探索するのは危険なだけでなく、非常に時間がかかる。作業員は大量の面倒な個人防護具を着用し、放射能汚染地域で過ごすことができる時間の厳しい制限を守らなければならない。さらに、30日間の被曝で人口の半数が死に至ることを意味する「LD50」（あるいはそれ以上）に指定されているエリアもある。もちろん、そのようなエリアには人間が立ち入ることはできない。

ロボットは、人間が立ち入ることができる区域を特定し、立ち入ることができない区域を探索し、PPE要件や被爆制限によって除染作業がほぼ停止状態にあるエリアの探索を迅速化するために必要である。ドローンの回転翼は埃や破片を巻き上げ、汚染物質を拡散させる可能性があるため、必ずしも理想的とは言えない。また、クローラ型ロボットや車輪に依存するロボットは通常、ボンが「汚れた洗濯物」と呼ぶ問題を解決することができない。

「床一面に洗濯物を放り投げたら、車輪付きロボットや クローラ型ロボットは、事実上まったく動けなくなります」と彼は言う。「福島にはさまざまな種類のがれきでいっぱいの場所があります。 他のロボットは、基本的に汚れた洗濯物でいっぱいなので、サイト内を移動することはできません」。

Spotは、福島第一原発事故の調査、将来の廃炉作業に必要なデータのシミュレーション、廃炉アーカイブの作成のために福島第一原発に投入された。ロボットには、ビデオ撮影、放射線量測定、点群データ取得、放射能分析用サンプル採取に必要な機材が装備された。

しかし、ボストン・ダイナミクスのチームはまず、ロボットが高レベルの放射線に耐えられるかどうかを確認するためにSpotをテストする必要があった。放射線が人間の細胞構造に突然変異を引き起こすように、放射線は電子システムに干渉する可能性がある。例えば、論理回路のデータを混乱させたり、単に回路に物理的な損傷を与えたりする。Spotが放射線被曝に耐えられることを確認するため、ボストン・ダイナミクス社はSpotをロスアラモス国立研究所に持ち込んだ。というのも、廃止措置チームはSpotに鉛防護を装備することもできたが、そうすると重量が増し、ロボットが持ち運べる追加装備の量に制限が生じてしまうからだ。

「ロボットがどれだけ放射線を吸収できるかを調べるために、大量の放射線を浴びせました」とボンは言う。「Spotがどれだけの放射線を吸収できるのかわからないということは、悪いニュースでもあり、良いニュースでもあります。試験担当者は当初、人間が許容できる放射線量の82年分をスポットに浴びせ、その後別の場所でその3倍を浴びせたが、何の悪影響もなかった。実際、スポットは福島に到着して以来、汚染区域内で「生活」をしている。

SpotはLIDAR装置で点群データを収集し、搭載カメラでビデオを撮影し、Spotアームでスミヤを採取した。通信を容易にするため、Spotは現場周辺の適切な場所にメッシュ無線を設置した。

オペレーターは、安全な距離からロボットを遠隔操作したが、ボンは、オペレーターが操縦している間でも、Spotの自律的な検知と移動能力が発揮されたと言う。「このロボットは、歩くときでさえも、非常に多くの知能と自律性を持っています。「ロボットは自律的に一歩一歩を計画します。オペレーターがやっているのは、ある方向に歩くように指示するだけで、あとはすべてロボットがやってくれます」。

Spotアームはドアもほとんど自律的に開ける。（オペレーターがドアノブの位置とヒンジがどちらにあるかをロボットに示すと、あとはSpotがやってくれる）。他のロボットプラットフォームにはグリッパーアームを持つものもあるが、これらはほとんど手動で操作されるため、Spotアームを使えばドアを開けるプロセスが10倍から20倍速くなるとボンは言う。「Spotはこのような環境に入り込み、10年以上開けられなかったドアを開けることができる。限られた時間、限られたバッテリー、限られたアクセス。いかに早く終わらせるか、それがすべてだ。

廃炉作業を支援するボストン・ダイナミクスのプリファード・ソリューションパートナーである株式会社東北エンタープライズ（TECO）の名嘉 陽一郎 代表取締役は、Spotの効果について、ボストン・ダイナミクスとさまざまなプロジェクトクルーが共通のミッションに取り組む「ひとつのチーム」の一員であるように感じられたと語る。「ボストン・ダイナミクスのチームは、日本との時差を感じさせないほど私たちをサポートしてくれました。「そしてSpotは、まるで我々と同じ使命感を持っているかのように、その任務を忠実に遂行してくれました」。TECOは、Spotの国内における重要なサポートとインテグレーションを提供し、主要な顧客と協力してロボット工学の利用を拡大している。

Boston Dynamicsのパートナーシップマネージャーであるカイル・ハルスは「日本の顧客である渡部様や東京電力の方々のロボティクスにおける取り組みは、非常に進んでおり、革新的です」と述べています。またカイルは続けて、「東北エンタープライズのチームは、関係する企業と協力しSpotを活用したロボティクスプログラムの継続的な成功のために素晴らしい仕事をしています」と付け加えました。

>Spotのデータ収集プロジェクトは、予定されていたビデオ撮影、放射線測定、点群データと分析サンプルの収集を完了し、「成功裏に終わった」と名嘉氏は言う。例えば、Spotの調査により、あるユニットの操作室の窓ガラスが割れていたことにより汚染された室内の状況を把握することができた。

ボンは言う。「この情報を利用する目的はさまざまです。もしそうなら、どれくらいの時間、どのような防護具が必要なのか。遮蔽物を設置してより安全な場所を作るという戦略を思いつくかもしれないが、まずはこの情報が必要なのだ。また、優先順位付けの問題もある。廃炉プロセスをどのように進めるか、どの順番で何が必要かを決めることだ」。

Spotが今後の廃炉作業でどのような役割を果たすかはまだ明らかではないが、ボンはこのロボットが忙しくなることを想像しているという。たとえば、SpotはLIDARスキャンを使って廃炉の進捗データを収集し、廃炉作業を時系列でモニターするかもしれない。また、このロボットはアームを使って小さな瓦礫を除去することで、「汚れた洗濯物」の問題を本質的に解決し、より大型の無人機械がより集中的な除染作業を行うための道を開くことになるだろうと彼は考えている。

「小型ながらさまざまな動作が可能で、福島第一の現場に適していることがわかったので、今後も積極的に活用していきたい」と東京電力ホールディングス株式会社（TEPCO）福島第一原子力発電所 燃料デブリ取り出しプログラム部 　試料輸送・建屋内調査PJグループの大和田氏は言う。「福島第一の廃炉作業は現在も進行中であり、Spotが活躍する場面は今後も多くなることは容易に想像できる。今後の活躍に大いに期待したい。」

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