福島第一廃炉国際フォーラム（2018.8.6 いわき）

福島第一原子力発電所廃炉のための遠隔技術
東京大学 大学院工学系研究科 精密工学専攻
淺間 一
資源エネルギー庁・東京電力 廃炉・汚染水対策チーム会合／事務局会議委員
原子力損害賠償・廃炉等支援機構 燃料デブリ取り出し専門委員会委員，研究開発連携会議委員
技術研究組合 国際廃炉研究開発機構（IRID） 技術委員
日本原子力研究開発機構（JAEA） モックアップ試験施設専門部会長
復興庁 福島イノベーション・コースト構想推進分科会委員

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 20181

福島第一原子力発電所事故
 地震発生 (14:47)
 電源停止 非常用ディーゼル発電機作動
 原子炉停止（SCRAM）
 津波襲来 燃料タンクおよび発電機被災
 全交流電源喪失(SBO:Situation of Black Out)
(15:39) 原子炉および燃料貯蔵プールの冷却系異常
 冷却水の減少
 メルトダウン 水素爆発（3月12日～15日）

福島第一原子力発電所

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 2018

震源地2

各原子炉の状況
燃料デブリ
使用済み燃料プール内燃料

廃炉・汚染水対策チーム会合／事務局会議（第55回）資料

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 20183

中長期ロードマップの概要

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 20184

遠隔技術のニーズ（タスク）• 注水• 瓦礫・燃料（使用済み燃料，燃料デブリ）・汚染水等の除去・移送（切断，吸引，ハンドリング）• 調査・計測・マッピング（映像，放射線量，等）• サンプリング（ダスト，汚染水，コンクリートコア，燃料デブリ，等）• 除染，遮蔽• 汚染水の止水• デバイス，計器，機材，施設，装置のハンドリング，運搬，除去，設置，解体• 廃棄物・汚染水処理• 解体
Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 20185

フェーズに応じたミッション フェーズ１：緊急時フェーズ– 冷却系の安定化 フェーズ２：安定化フェーズ– 封じ込め，システムの再構築，余震対策 フェーズ３：廃炉フェーズ– 燃料の取り出し 現場作業員の被曝の低減

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 20186

フェーズ１
既製ロボットや機材の調達（汎用品）

無人化施工機械米国QinetiQ社製Talon

スウェーデン
Brokk社製
Brokk-90

米国QinetiQ社製Bob Cat

スウェーデン
Brokk社製
Brokk-330

独Putzmeister社製
コンクリートポンプ車

米国Honeywell社製
T-HAWK

米国iRobot社製
Packbot

米国iRobot社製
WarriorCopyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 20187フェーズ２
開発品（システム）の改造

QuinceSakuraQuince 2

Quince 3

Gamma-ray
Measurement Robot

Rosemary
FRIGO-MA

4足歩行ロボット・小型走行車

JAEA-3

ASTACO-SORA

Survey Runner

ROV

投入支援装置MEISTeR
S/C上部調査装置

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 20188

フェーズ３
新規開発（特殊用途）

床面除染装置S/C水位測定
調査ロボットPCV内部調査装置
PMORPH

高所調査用ロボット

水上ボート型ロボット
S/C下部外面調査装置

PCV内部調査装置
ミニマンボウ

PCV内部調査装置
サソリロボット

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 20189

福島原発事故の緊急対応で活用された外国製RT
スウェーデン
Brokk社製
Brokk-90
スウェーデン
Brokk社製
Brokk-330
米国iRobot社製
Packbot
米国Pentek社製
Moose
独Putzmeister社製
コンクリートポンプ車

米国QinetiQ社製Talon
米国iRobot社製
Warrior

米国Honeywell社製
T-HAWK

英国Createc社製
RISER

米国QinetiQ社製Bob Cat
米国iRobot社製
Kobra
Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201810

福島原発事故の廃炉措置で活用されている国産RT

無人化施工機械FRIGO-MA

QuinceQuince 2

Quince 3

Survey Runner

JAEA-3ROV

S/C下部外面調査装置
ASTACO-SORA
4足歩行ロボット・小型走行車
高所調査用ロボット

床面除染装置

投入支援装置PCV内部調査装置
PMORPHMEISTeR
Sakura水中遊泳ロボット

S/C上部調査装置

水上ボート型ロボット

PCV内部調査装置 PCV内部調査装置
サソリロボット
ミニマンボウRosemary

S/C水位測定
調査ロボット
床面走行ロボットCopyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201811

達成できたこと（成功事例）• 探査，調査，計測– 状態，空間線量（線量・分布），３次元データ，他• 瓦礫除去– 敷地内（屋外），建屋内，使用済み燃料プール内，オペ
フロ• サンプリング– ダスト，汚染水，コンクリートコア

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201812

達成できたこと（不十分もしくは実施中）
• 除染
• 止水
• サンプリング– 燃料デブリ• 燃料デブリの取り出し，移送

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201813

回収不能となったロボット

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 2018

14

失敗要因
• 直接的要因– 通信の切断– 操作ミス– 放射線による機能不良• 間接的要因– 開発品（製品ではなくプロトタイプ）– 未知環境Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201815

直接的な失敗要因への対策• 通信の切断– 有線と無線の組み合わせ– 無線インフラの構築• 操作ミス– トレーニング– ヒューマンインタフェースの改良（空間認知性改良）

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201816

コンセプト 複数の魚眼カメラを画像処理して仮想カメラを生成
 LRF（測距センサ）を使用
仮想カメラ

前

後

左

右

画像処理
実カメラ×4個
LRF

俯瞰画像コンセプト

複数の魚眼カメラ（視野180°）

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 2018

17

実装成果
（NEDO）災害対応無人化システム研究開発プロジェクト

狭い通路

俯瞰画像

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201818

福島第一原子力発電所廃止措置のためのロボットへの応用
MHI Super Giraffe

MHI MEISTeR

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201819

任意視点からの俯瞰映像提示

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201820

直接的な失敗要因への対策• 通信の切断– 有線と無線の組み合わせ– 無線インフラの構築• 操作ミス– トレーニング– ヒューマンインタフェースの改良（空間認知性改良）• 放射線による機能不良– 耐放射線性デバイス・メカニカルシステム（半導体不使用）– 頑健なシステムの設計– 冗長性・機能縮退性Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 2018

21

22

Gamma irradiation experiment
The gamma irradiation was conducted in theTechnology Development Center of ATOX Co., Ltd.
Camera model : AXIS M3007‐PV
Fish-eye cameras
Radiation
source50°500 mm

Radiation source（800 mm
Camera２

Camera１
Box made withaluminum frames

600 mmCamera３

Experimental environmentCo）

600 mmCamera４

Experimental layout seen from above

2016/4/5

23

Gamma irradiation experiment : Movie
After 23 min irradiation

Camera１（malfunction afterCamera
23 minutes）
２

Camera３

Bird's-eye view

Camera４

Bird's-eye view generation
corresponding tocamera malfunction

2016/4/5

24

Gamma irradiation experiment : Result(1) Camera 1 malfunctioned after 23 min irradiation（Integral dose: 192.1 Gy）

Camera２ Camera１

4 cameras

Camera 1
malfunctioned

Proposed method

Camera３ Camera４

 Camera 2 malfunctioned after 54 min irradiation（Integral dose: 141.3 Gy）
Camera２3 cameras

Camera 2
malfunctioned

Proposed method

Camera３ Camera４
2016/4/5

25

Gamma irradiation experiment : Result(2) Camera 4 malfunctioned after 82 min irradiation（Integral dose: 224.1 Gy）

Camera３Camera４
2 cameras

Camera 4
malfunctioned

Proposed method Camera 3 malfunctioned after 94 min irradiation（Integral dose: 162.9 Gy）

Camera３
2016/4/5

その他の失敗要因への対策• 開発品（製品ではなくプロトタイプ）– リスクアセスメント– 実証試験

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201826

ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ・ｺｰｽﾄ構想（復興庁）
 福島県浜通り地域での新産業育成を図る「イノベーション・コースト構想」で復興を加速。
 東⽇本⼤震災の経験を踏まえ、災害などに役⽴つロボット・ドローンを構想の柱に。

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201727

日本原子力研究開発機構
楢葉遠隔技術開発センター（モックアップによる試験施設）
試験棟(幅60m×奥行80m×高さ40m)

研究管理棟(幅35m×奥行25m×高さ20m)

訓練者

仮想空間のイメージシステムの構成例

バーチャルリアリティシステム

1/8セクター試験体

廃炉実証のための実規模試験エリア
ロボット試験用水槽

モーションキャプチャ

モックアップ階段
28

ロボット性能評価のための要素試験エリア（JAEA提供）

その他の失敗要因への対策• 開発品（製品ではなくプロトタイプ）– リスクアセスメント– 実証試験

• 未知環境– 事前の調査– 様々な状況の想定

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201829

燃料デブリの取り出しと解体に向けて• 多様な技術開発（ポートフォリオ）– 専用／汎用デバイス・ロボット– 切断デバイス，マニピュレータ，ハンドリングデバイス（サンプリング，止水，汚染水処理，燃料デブリ取り出し）– 内視鏡型ロボット

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201830

技術開発の多様性（ポートフォリオ）
ニーズ

基本機能

環境／対象物手段

環境のタイプ

アクセス

移動

陸上

クローラや車輪（普通，磁石）による移動，内視鏡

空中

マルチコプタ（ドローン），バルーン，飛行船，懸垂型，テレスコ
ピックによる移動水上・水中

水上ロボット・水中ロボットによる移動

その他

組み合わせ，専用機

環境条件
障害物

回避，押し，片付け，乗り越え

狭隘空間，配管通過（能動的／受動的）

高放射線

耐放射線性

環境のタイプ
陸上・空中・水中カメラ，ガンマカメラ，線量計，レーザレンジセンサ，内視鏡

環境条件
情報収集

作業
（デブリ除去，除染，設置）（サンプリング）

センシング

障害物

画像処理（オクルージョン対応）

濁り

超音波（ソナー）

水滴落下

画像処理

高放射線

耐放射線性

対象物
マニピュレーション，ハンドリ 物質（がれき，デブリ，遮蔽ブロック，アーム，グリッパ，吸引装置，ウォータージェット
ング，吸引壁／床）物質（がれき，デブリ，遮蔽ブロック，切断，はつり加工ツール，レーザー切断デバイス，ウォータージェット
壁／床）吸引，切断，マニピュレー 物質（燃料デブリ，コンクリートコア），吸引装置，加工ツール，ウォータージェット，アーム，グリッパ
ション，ハンドリング
気体，ダスト，砂，水Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201831燃料デブリの取り出しと解体に向けて• 多様な技術開発（ポートフォリオ）– 専用／汎用デバイス・ロボット– 切断デバイス，マニピュレータ，ハンドリングデバイス（サンプリング，止水，汚染水処理，燃料デブリ取り出し）– 内視鏡型ロボット• 高耐水性デバイス• 高耐放射線性デバイス• 遠隔制御システムの自律化・知能化• 動画からの3次元再構成– Structure from Motion

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 2018

32

３号機原子炉格納容器内部調査
格納容器ペデスタル内事前調査（2017.7.19-22）（IRID／東芝, TEPCO）

Mini Mola Mola

 構造物
 溶融物
 堆積物

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201833

Mola Mola(Sunfish)3号機ペデスタル内3次元形状復元
 Structure from Motion (SfM)による3次元形状復元…

…

複数の画像を用いた3次元形状復元

東京大学

IRID，東芝

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 2018

34

近日導入
• 3号機使用済み燃料取り出し• 1-2号機排気塔解体• 1号機格納容器内調査• 2号機燃料デブリ取り出し

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201835

3号機使用済み燃料取り出し（2018年11月～）（東芝，IRID）

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201836

1-2号機排気塔解体（2018年12月～）（東京電力，エイブル）

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201837

1号機格納容器内調査（2019年～）

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 2018（日立GEニュークリア・エナジー，IRID）

38

2号機燃料デブリ取り出し（2019年～）

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 2018

（三菱重工業，IRID）

39

今後の開発に向けて• 失敗から学ぶ• 入手可能な技術の活用– SLAM, SfM, Drones, AI（深層学習）, IoT, etc.

• 効率化：繰り返し利用するためのシステマティック
でダイナミックな設計• 共通基盤プラットフォーム– 専用システムの開発から標準化要素へ

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 2018

40

まとめ
• 遠隔技術＝ロボット技術– システムインテグレーション– ソリューションの導出– 知能化（≠AI搭載）• 世界の英知の結集の必要性– 原子力事故は滅多に起こらない– 知識共有や技術移転における国際的協力• 開発した技術の他のサイトや応用への普及• 若手の人材育成
Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201841

IFAC World Congress 2023
(International Federation of Automatic Control)

Venue:PACIFICO Yokohama (All‐in‐One Venue)
Dates (tentative):
July 9th (Sun) – 14th (Fri), 2023
Vision:Wa: Harmony of Traditional Culture
and Innovative Technology

Control for Solving Societal Problems
and Creating Social Valuesご清聴ありがとうございました
東京大学大学院工学系研究科精密工学専攻
淺間 一
asama@robot.t.u-tokyo.ac.jp

Copyright (c) Hajime Asama, Univ. of Tokyo. All rights reserved 201843