匹兹堡——一台笨重的四轮机器人闲置地站立在卡内基梅隆大学的研究机构大厅里，它被钢材包裹，并装满了软管和摄像头。一个机械爪从一个大型吊臂的末端伸出。这个名为“工作马”的设备是为完全不同的环境而设计的：一个包含失效核反应堆的黑暗、受辐射污染的建筑内部。它从未被用于其预定的用途，但它反映了美国最严重的商业核电站事故发生后，机器人技术爆发的创造力。
“工作马”是20世纪80年代卡内基梅隆大学一个团队建造的三个机器人中的最后一个，旨在帮助收集信息并清除位于宾夕法尼亚州米德尔顿附近三里岛（TMI）核电站一个部分熔毁的反应堆的碎片，该事故发生在30年前的1979年3月28日。由机器人教授威廉·惠特克领导的学生们建造了这些机器，其中一台在事故发生后传输了反应堆受污染地下室的第一批景象。
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过 订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。通过购买订阅，您将有助于确保关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
“这是它正在切割混凝土楼梯井的地方，”惠特克说，他被称为“红”（一个童年时期因他曾经的红发而得来的昵称），他指着卡内基梅隆大学国家机器人工程中心“工作马”的照片。“它具有切割它所需的自给自足的动力、控制、刚性和强度。”
1979年的事故导致放射性气体释放到大气中，并引发了人们对核灾难即将发生的担忧。尽管没有人立即受伤——哥伦比亚大学梅尔曼公共卫生学院和国家奥杜邦学会的科学家在1990年发现，没有确凿的证据表明该事故导致癌症发病率上升，证实了宾夕法尼亚州卫生部早期的发现——包括一个非营利性公民团体在内的批评人士表示，居住在反应堆附近的人们遭受了不利的身体和心理影响。该事件——以及1986年苏联的切尔诺贝利灾难——激化了美国公众反对核能的舆论。它也促使该行业进行了全面的安全改革，该行业最近才出现复苏，部分原因是人们越来越关注煤炭和其他能源产生的温室气体排放导致气候变化的问题。
三里岛2号反应堆的事故始于其非核二级系统中的冷却泵发生故障。然后，核一级系统中的一个压力阀卡住打开，导致大量反应堆冷却剂泄漏。更糟糕的是，工厂操作员最初未能意识到发生了什么。据美国核管理委员会（NRC）和前核管理委员会官员威廉·特拉弗斯称，容纳核燃料颗粒的金属管破裂，一些颗粒开始熔化。
据前核管理委员会三里岛2号清理项目办公室主任特拉弗斯称，该核电站已关闭，几年后才开始全面清理，部分原因是专家必须评估放射性污染的程度和位置。“实际上，在事故发生后几年，人们才真正知道它受损的程度，”特拉弗斯说，他现在正在为阿拉伯联合酋长国政府工作，制定在那里启动核能计划的初步计划。
水从反应堆的一级系统泄漏并淹没了地下室，与放射性物质和一些来自萨斯奎哈纳河的水混合在一起。水深约六英尺（两米），以及大量的放射性物质后来被移除，但它在建筑厚实的钢筋混凝土墙周围留下了惠特克和其他人所描述的“浴缸环”状污染。
多年来，人们对反应堆地下室（被认为是建筑物中污染最严重的部分）潜伏着什么知之甚少。工人们于1980年7月进入反应堆建筑物，但地下室直到几年后才被探索。
“有很多未解之谜，”被认为是世界上最受尊敬的机器人建造者之一的惠特克说。“发生了什么损害？受污染的物质的积累情况如何？污泥中的物种是什么——同位素物种？浓度是多少？你能做些什么？”
被聘请执行清理工作的建筑和项目管理公司柏克德公司（Bechtel Corp.）寻求了惠特克的帮助。他召集了一支学生团队，他们在接下来的六个月里拼命工作，制造了第一台机器人，即漫游者（Rover），它于1984年4月被送往三里岛。这台六轮机器携带了灯光、摄像头和一个可以展开和收回带状系绳的装置，该系绳为机器人供电并将视频图像传达给操作员。柏克德公司的工程师后来对机器人进行了修改，并附加了一个带有指示器的辐射探测器，可以通过摄像头观察到。
“整个目的是进入反应堆建筑物的下部，”M2T Technologies（一家废水系统公司）的现任助理项目经理，也是前柏克德公司工程师，负责清理中使用设备的戴维·吉弗（David Giefer）说。“人无法进入。那是漫游者的工作。”
漫游者通过反应堆建筑物其中一层楼板上的舱口被降到地下室，操作员在控制室观看监视器，驾驶它穿过泥浆、水和碎屑，拍摄了反应堆地下室的最初事故后图像。漫游者使用了几年，在此期间它安装了各种用螺栓固定的工具，使其能够擦洗表面、舀取样品和吸尘污泥等任务。“它的表现非常出色，”吉弗说。
第二版漫游者携带了一个岩心取样器——一个能够从反应堆墙壁上提取圆形块的自动化钻头柱。工程师将岩心取样器安装在最初的漫游者上，因为该机器人已经被污染。“我们不需要更多受污染的设备，”吉弗说。该工具使科学家能够确定渗透到墙壁中的辐射的强度和深度。
然后是“工作马”，一个更复杂的机器人，它具有系统冗余——成对安装的部件，因此机器可以在其中一个部件发生故障时继续运行。它的吊臂可以延伸到很高的位置，并且内部加压以排出可能的污染物。它旨在执行清理任务，从动力清洗表面到拆除建筑物。
但事实证明，“工作马”是不切实际的。“他们要求一把瑞士军刀，我们给他们制造了一把类固醇瑞士军刀，”卡内基梅隆大学机器人研究所的机器人技术研究教授约翰·巴雷斯（John Bares）说，他曾以学生的身份参与该项目。前柏克德公司工程师吉弗说，“工作马”从未被使用过，因为它“过于复杂”，“清理和修理它会是一场噩梦。”
到1990年，大部分清理工作已由人类和各种机器人完成，反应堆堆芯的碎片被运往爱达荷州国家实验室进行储存。当时由通用公用事业公司拥有的该工厂的管理者和联邦安全官员决定，允许剩余的污染自然衰减比继续清除它在资金和工人健康方面成本更低。
今天，由俄亥俄州阿克伦市的第一能源公司拥有的受损的2号反应堆仍然永久关闭，尽管未受损的1号机组于1985年重新启动并继续运行。正在运行的反应堆的运行许可证将于2014年到期，其当前所有者Exelon Corp.已申请将许可证续期20年。
其他机器人也被用于三里岛的清理工作，但惠特克的团队制造的机器人是第一个在反应堆建筑物内部使用的。“这些机器的最大特点是它们是可移动的”，而当时机器人通常是固定在固定位置（例如工厂车间）运行的，另一位前柏克德公司工程师迈克尔·帕维莱克二世（Michael Pavelek II）说，他负责机器人的操作，现在是宾夕法尼亚州黎巴嫩市的黎巴嫩垃圾管理局的执行董事。“你不能安全地把人放在那里。那是这些设备的巨大优势。”
很快，机器人工作将被永久保存。为了配合事故发生30周年，位于哈里斯堡的宾夕法尼亚州立博物馆（距离该工厂东南约13英里（20公里））计划开设一个展览，展出漫游者的一个版本以及在三里岛清理工作中使用的其他物品。