Ứng dụng robot thông minh trong bức xạ và hạt nhân

Thử nghiệm robot tại lò Hạt nhân Đà Lạt. (Ảnh TIẾN HIẾU)

Kết quả này khẳng định năng lực làm chủ công nghệ robot thông minh, mở ra hướng ứng dụng mới cho an toàn bức xạ và công nghệ hạt nhân tại Việt Nam.

Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0, robot tự hành thông minh ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, như: Sản xuất, logistics, giám sát và các môi trường nguy hiểm. Xu hướng tích hợp tay máy cộng tác (cobots) trên nền tảng robot tự hành (AMRs) mở ra khả năng nâng cao mức độ tự động hóa, linh hoạt và hiệu quả vận hành của các hệ thống thông minh.

Đối với ngành công nghiệp hạt nhân, bảo đảm an toàn bức xạ cho con người là yêu cầu tối thượng. Phơi nhiễm phóng xạ có thể gây tổn thương DNA dẫn tới đột biến, ung thư và nhiều hệ lụy di truyền nghiêm trọng. Vì vậy, việc ứng dụng robot thay thế con người trong quan trắc, thao tác và xử lý môi trường phóng xạ là giải pháp cấp thiết nhằm giảm thiểu rủi ro.

Bám sát chủ trương của Đảng và Nhà nước về tái khởi động Dự án điện hạt nhân Ninh Thuận và tiếp tục nghiên cứu chương trình điện hạt nhân quốc gia, cùng Nghị quyết số 189/2025/QH15 về cơ chế, chính sách đặc thù đầu tư dự án, các nghiên cứu và sản phẩm công nghệ tự động hóa, IoT, AI, robot phục vụ quan trắc an toàn phóng xạ và hỗ trợ vận hành trong môi trường hạt nhân có ý nghĩa quan trọng đối với bảo đảm an ninh năng lượng và phát triển bền vững.

Theo các nhà khoa học, nhiều hệ thống robot trên thế giới đã được phát triển phục vụ ngành hạt nhân, từ đo đạc phóng xạ, ghi hình tại khu vực khó tiếp cận đến hỗ trợ thao tác, vận chuyển và xử lý sự cố. Sau sự cố hạt nhân Fukushima tại Nhật Bản, thực tế cho thấy các robot điều khiển từ xa hoặc bán tự động còn phụ thuộc lớn vào con người, hạ tầng truyền thông và điều kiện địa hình cho nên hiệu quả chưa đạt như kỳ vọng. Điều đó đặt ra yêu cầu phát triển thế hệ robot mới có khả năng tự hành, tự nhận thức môi trường và chủ động ra quyết định trong những tình huống phức tạp, khó lường.

Tại Việt Nam, yêu cầu này càng trở nên cấp thiết khi đất nước từng bước tái khởi động chương trình điện hạt nhân, tiêu biểu là Dự án điện hạt nhân Ninh Thuận. Làm chủ công nghệ robot tự hành thông minh trong môi trường bức xạ không chỉ góp phần bảo đảm an toàn và an ninh năng lượng quốc gia, mà còn mang ý nghĩa chiến lược trong nâng cao năng lực khoa học và công nghệ nội sinh, hướng tới phát triển bền vững.

Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Ngô Mạnh Tiến (Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã triển khai đề tài “Nghiên cứu phát triển robot tự hành thông minh sử dụng các công nghệ sensor khác nhau và nền tảng IoT, AI, định hướng ứng dụng trong quan trắc môi trường phóng xạ”, mã số: ĐTĐLCN.19/23, thuộc chương trình phát triển Vật lý giai đoạn 2020-2025.

Trong khuôn khổ đề tài, nhóm nghiên cứu đã thiết kế hệ robot tự hành tích hợp tay máy, đồng bộ nhiều cảm biến hiện đại như Lidar, camera 2D-3D, IMU và đầu đo bức xạ. Điểm nổi bật của hệ thống không chỉ ở khả năng di chuyển hay đo đạc, mà ở việc xử lý tổng hợp dữ liệu để xây dựng đồng thời bản đồ không gian và bản đồ phân bố bức xạ theo thời gian thực.

Trên nền tảng thuật toán SLAM, robot có thể tự định vị, tái tạo môi trường làm việc và gắn thông tin bức xạ lên từng vị trí cụ thể trên bản đồ. Nhờ đó, người vận hành nhanh chóng nhận diện khu vực có mức phóng xạ cao, xác định vùng an toàn và theo dõi biến động môi trường trong suốt quá trình hoạt động.

Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu đã tích hợp robot tự hành với tay máy cộng tác 6 bậc tự do cùng các thuật toán trí tuệ nhân tạo, cho phép hệ thống vừa quan trắc, vừa hỗ trợ thao tác trong môi trường phóng xạ.

Cách tiếp cận này khắc phục hạn chế của các mô hình trước đây, đồng thời mở ra tiềm năng ứng dụng tại cơ sở hạt nhân, y học hạt nhân và trong ứng phó sự cố bức xạ. Qua thử nghiệm tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội và một số cơ sở y học hạt nhân cho thấy robot vận hành ổn định, định vị chính xác trong không gian rộng, nhiều vật cản và xây dựng được bản đồ phóng xạ trực quan.

Chia sẻ về khó khăn trong quá trình triển khai, Tiến sĩ Ngô Mạnh Tiến cho biết, thách thức lớn nhất không nằm ở từng thành phần riêng lẻ mà ở việc tích hợp tất cả thành một hệ thống vận hành đồng bộ, ổn định. Robot phải đồng thời định vị chính xác, tránh vật cản, điều khiển tay máy để tương tác với đối tượng, tích hợp thiết bị đo bức xạ và xây dựng bản đồ mức xạ theo thời gian thực tại khu vực hoạt động. Trước yêu cầu đó, nhóm lựa chọn hướng tiếp cận “làm chủ từng lớp công nghệ” từ thiết kế cơ điện tử, mô hình hóa động học-động lực học đến điều khiển và hệ thống nhận thức của robot, với lõi là công nghệ SLAM, Navigation ứng dụng trí tuệ nhân tạo và nền tảng IoT. Đặc biệt, nhóm đã phát triển thuật toán kết hợp SLAM với dữ liệu bức xạ thời gian thực để tạo bản đồ trực quan, phục vụ giám sát và ra quyết định. Trên nền tảng này, hệ robot tự hành tích hợp tay máy từng bước được hoàn thiện, hướng tới ứng dụng trong môi trường phóng xạ.

Theo nhóm nghiên cứu, kết quả đạt được mới là bước khởi đầu nhưng đã mở ra nhiều triển vọng ứng dụng. Tại các nhà máy điện hạt nhân, phòng thí nghiệm và trung tâm nghiên cứu, robot có thể thay thế con người thực hiện kiểm tra, quan trắc và thao tác trong khu vực nhiễm xạ, qua đó giảm đáng kể nguy cơ phơi nhiễm các bức xạ nguy hiểm như alpha, beta và gamma.

Dù bước đầu chứng minh khả năng vận hành hiệu quả trong môi trường phóng xạ, hệ thống vẫn cần tiếp tục hoàn thiện để khắc phục những hạn chế phát sinh trong quá trình thử nghiệm, tiến tới nâng cao độ ổn định và tính sẵn sàng ứng dụng. Để hiện thực hóa mục tiêu này, bên cạnh sự hỗ trợ của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, sự tham gia của doanh nghiệp công nghệ giữ vai trò then chốt, đặc biệt trong chuẩn hóa kỹ thuật, sản xuất và xây dựng kịch bản ứng dụng phù hợp điều kiện trong nước.

BÍCH LIÊN -NGỌC HIẾU