Chuyên gia cho "chuột sắt" canh gác cỗ máy vật lý lớn nhất thế giới: Họ đang toan tính điều gì?

Thách thức không tưởng đối với con người

Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Anh (UKAEA), có trụ sở tại Oxfordshire, đã hợp tác với Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu - gọi tắt là CERN - để phát triển robot có kích thước bằng con chuột. Với chu vi lên tới 27 km nằm sâu dưới lòng đất, việc giám sát mọi biến động nhỏ nhất về nhiệt độ, nồng độ oxy hay độ ẩm là một thách thức không tưởng đối với con người.

Chỉ rộng 3,7 cm và dài khoảng 20 cm, robot này đủ nhỏ để di chuyển bên trong hệ thống đường ống phức tạp của máy gia tốc hạt. Máy gia tốc hạt lớn ( LHC ) trải dài 27 km trong một đường hầm hình tròn được chôn sâu khoảng 100 mét dưới lòng đất gần Geneva (Thụy Sĩ), khiến việc kiểm tra trực tiếp trở thành một thách thức lớn.

Hơn 1.200 nam châm lưỡng cực khổng lồ dẫn hướng các chùm hạt xung quanh vòng tròn, trong khi các đường dẫn chùm tia được niêm phong chân không và nhiệt độ cực thấp tạo ra các điều kiện vừa khó tiếp cận vừa tiềm ẩn nguy hiểm cho người lao động.

Nhiệt độ bên trong một số bộ phận của máy gia tốc hạt giảm xuống âm 271 độ C. Những điều kiện khắc nghiệt này rất cần thiết cho các nam châm siêu dẫn điều khiển các hạt chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, chúng cũng khiến việc bảo trì định kỳ trở nên vô cùng phức tạp. Bất kỳ lỗi hoặc biến dạng cấu trúc nào trong các ống dẫn chùm tia đều có thể làm gián đoạn các thí nghiệm hoặc gây ra thời gian ngừng hoạt động tốn kém, làm tăng nhu cầu về các phương pháp kiểm tra đáng tin cậy.

Thiết bị “nhỏ nhưng có võ”

Robot mang tên PipeINEER được thiết kế đặc biệt để giải quyết những thách thức này. Tên gọi của nó là sự kết hợp giữa từ "pipe" (ống) và "pioneer" (tiên phong), phản ánh khả năng khám phá những khu vực chưa từng tiếp cận được với độ chính xác cao như vậy.

Khác với các dụng cụ kiểm tra đường ống thông thường, robot này có thể di chuyển tới 6 km chỉ với một lần sạc pin, trong khi vẫn hoạt động được ở những đoạn đường hẹp chỉ vài centimet.

Khi di chuyển dọc theo đường dẫn chùm tia, thiết bị này thu thập hình ảnh độ phân giải cao của các bề mặt bên trong và sử dụng hệ thống trí tuệ nhân tạo để xác định các vết nứt, sai lệch hoặc các khuyết tật khác cần được xử lý.

Robot này cũng được trang bị các linh kiện tiết kiệm năng lượng và nhiều hệ thống an toàn để giám sát hiệu suất hoạt động trong các nhiệm vụ tự hành dài ngày. Nếu PipeINEER phát hiện lỗi, nó sẽ tự động quay trở lại điểm xuất phát và báo cáo vị trí chính xác của sự cố.

Các kỹ sư cho biết việc tự động hóa này giúp giảm đáng kể nhu cầu kiểm tra thủ công đầy rủi ro, đồng thời cho phép giám sát thường xuyên hơn các bộ phận quan trọng. Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Anh ( UK Atomic Energy Authority ) đã đóng góp kinh nghiệm của mình trong lĩnh vực robot được sử dụng trong môi trường công nghiệp nguy hiểm và khó tiếp cận, bằng cách điều chỉnh các công nghệ đó cho cơ sở hạ tầng khoa học chuyên biệt của CERN.

Các nhà khoa học tại CERN tin rằng robot này sẽ cách mạng hóa các hoạt động bảo trì tại máy gia tốc hạt, giúp đảm bảo các thí nghiệm diễn ra suôn sẻ mà không bị gián đoạn bất ngờ. Cơ sở này đóng vai trò trung tâm trong một số khám phá quan trọng nhất trong vật lý hiện đại, bao gồm cả việc xác nhận hạt Higgs vào năm 2012. Việc duy trì các hệ thống ở trạng thái tối ưu là rất quan trọng cho các nghiên cứu trong tương lai về các hạt cơ bản và các hiện tượng vật lý chưa được khám phá.

Sự đổi mới này đã nhận được sự công nhận trong ngành, giành được giải thưởng "Được đánh giá cao" tại một chương trình giải thưởng kỹ thuật lớn nhằm tôn vinh những đột phá công nghệ hợp tác. Các nhà lãnh đạo dự án cho biết sự công nhận này nhấn mạnh tầm quan trọng của quan hệ đối tác quốc tế trong việc thúc đẩy cả nghiên cứu khoa học và kỹ thuật ứng dụng.

Với sự phối hợp giữa robot, trí tuệ nhân tạo và công nghệ hình ảnh tiên tiến bên trong một trong những thiết bị khoa học tinh vi nhất thế giới, việc bảo trì máy gia tốc hạt có thể sớm trở nên nhanh hơn, an toàn hơn và chính xác hơn bao giờ hết.