Immagina uno sciame di autonomi, robot rotanti di tre piedi armati di rilevatori intelligenti per supportare le salvaguardie nucleari e verificare gli accordi sul controllo degli armamenti. Il prototipo di tali robot, in fase di sviluppo dal Dipartimento di Energia degli Stati Uniti (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) e dall'Università di Princeton, ha recentemente dimostrato la capacità di identificare la fonte di radiazioni nucleari e se è stata schermata per evitare il rilevamento.

Il rilevamento di neutroni da un elemento radioattivo nel test PPPL ha concluso un progetto biennale finanziato dal Dipartimento di Stato degli Stati Uniti che contribuisce anche al Consorzio del DOE sulla tecnologia di verifica. Il prototipo telecomandato pone le basi per l'ulteriore sviluppo di uno sciame mobile e completamente autonomo. "La dimostrazione ha dato una conferma totale della capacità del robot di rilevare la sorgente dei neutroni e ha fornito dati bellissimi, " ha detto il fisico del PPPL Rob Goldston, un professore di scienze astrofisiche dell'Università di Princeton, e un investigatore principale nel progetto.

"Tutto eccellente e promettente"

Il co-investigatore principale Alex Glaser, un professore di ingegneria di Princeton e co-direttore del Princeton Program in Science and Global Security, era ugualmente espansivo. "Tutto quello che abbiamo visto sembra eccellente e molto promettente, " ha detto. "PPPL ha fornito un grande supporto per questo progetto".

Il "bot ispettore" ora calibrato consiste in un cilindro di plastica polietilene contenente tre contatori di neutroni posti a 120 gradi l'uno dall'altro e montato su un robot con ruote specializzate che gli consentono di muoversi in qualsiasi direzione. I rivelatori, progettato da Goldston e Moritz Kütt, un ex ricercatore post-dottorato di Princeton, fornisce sia un'elevata sensibilità all'energia dei neutroni rilevati sia la direzione da cui provengono i neutroni. Una bassa energia potrebbe indicare schermatura.

Quando sarà completamente sviluppato, il robot potrebbe diventare parte di uno sciame di dispositivi che svolgono attività di ispezione in diversi tipi di strutture. Le applicazioni proposte potrebbero includere:

• Salvaguardia degli impianti di arricchimento con centrifughe a gas, impianti che arricchiscono l'uranio per alimentare le centrali nucleari. Tali impianti alimentano una forma gassosa di uranio attraverso centrifughe che lo potenziano per la successiva conversione in polvere e l'inserimento in barre di combustibile. I robot ispettori potrebbero essere utilizzati per rilevare il prelievo non dichiarato di uranio altamente arricchito da una frazione dell'impianto deviata a questo uso non dichiarato;
• I bot potrebbero ulteriormente rilevare l'introduzione di piuttosto che naturale, uranio in un impianto di arricchimento leggermente modificato per produrre uranio per armi;
• Lo sciame potrebbe anche contribuire ai futuri trattati di disarmo attraverso compiti come l'ispezione degli impianti di stoccaggio che contengono testate nucleari in preparazione per lo smantellamento. I robot potevano rilevare se le testate erano effettivamente lì e se il numero dichiarato di armi era corretto. Potrebbero anche essere usati per determinare che le strutture militari dichiarate non nucleari non contengono materiali nucleari.

Software di apprendimento automatico

Il prossimo passo nello sviluppo include la progettazione di software di apprendimento automatico per guidare i robot, e tecnologia per consentire ai robot di comunicare tra loro durante le ispezioni. Il sistema di intelligenza artificiale (AI), guidato dall'investigatore principale Naomi Leonard, l'Edwin S. Wilsey Professor di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale a Princeton, impiega quello che viene chiamato l'approccio del bandito multi-braccio, un sistema statistico chiamato per ottenere i migliori risultati da una serie di slot machine. La sfida chiave nella ricerca di attività non dichiarate è fare una saggia scelta tra continuare a esplorare e fermarsi per sfruttare piccoli segnali che potrebbero essere indicativi di un comportamento scorretto.

L'idea del progetto risale al 2014 quando Goldston e Mark Walker, uno studente laureato, ho sentito di un altro laboratorio che ha installato un soffitto con rilevatori di neutroni che si sono tutti spenti quando è passato un camion che trasportava gas di uranio per l'arricchimento. Ciò ha portato a parlare di un sistema di rilevamento dei robot. "Ho detto, 'che ne dici di un robot?'", ha ricordato Goldston, e Marco ha detto, "che dire di un robot, sembra pazzesco!"

Ma Goldston è stato incoraggiato a esplorare questa opzione nelle discussioni con gli ispettori dell'Agenzia internazionale per l'energia atomica (AIEA) e gli operatori degli impianti. Glaser ha presentato una proposta al Dipartimento di Stato degli Stati Uniti con un subappalto per PPPL per costruire e calibrare un singolo bot ispettore, che è ciò che la squadra ha raggiunto.

Alta marcia

Il progetto ha preso il volo la scorsa estate. Harry Fetsch, uno studente di fisica all'Harvey Mudd College nel Science Undergraduate Laboratory Internship (SULI) al PPPL, ha eseguito migliaia di ore al computer per simulare il sistema di rilevamento. "Queste simulazioni hanno informato la progettazione degli esperimenti che abbiamo condotto, " disse Glaser.

Goldston ora prevede di visitare l'impianto di fabbricazione di combustibile nucleare del sito del fiume Savannah del DOE per esplorare la possibilità di testare l'ispettore bot in una struttura in cui va l'output degli impianti di arricchimento. "Vogliamo vedere se possiamo misurare i neutroni che escono dalle autoclavi, " ha detto di dispositivi utilizzati per riscaldare l'uranio per inviarlo nell'impianto di fabbricazione.

Con ulteriore sviluppo, il progetto potrebbe dimostrare "che semplice e robusto autonomo, mobile, rivelatori di neutroni sensibili alla direzione e allo spettro potrebbero fornire un mezzo economico per fornire una verifica efficace ed efficiente, " ha detto Goldstone.