Para que a energia nuclear seja considerada uma fonte viável de energia limpa, ela precisa ter um preço competitivo e ser economicamente viável de produzir. 

Lauren Fortier, aluna do segundo ano do doutorado no Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear (NSE), está contribuindo para a causa ao desenvolver protocolos de operação remota para o controle autônomo de usinas nucleares. 

Após se formar em ciência e engenharia de materiais pela Universidade Northwestern — onde estudou com uma bolsa ROTC —, Fortier supervisionou as operações da usina nuclear de um porta-aviões americano no Mar da China Meridional. “Foi uma experiência única, difícil de encontrar em qualquer outro lugar, principalmente pela dependência total da energia nuclear. A única maneira de navegar pelo oceano é com o reator nuclear funcionando”, afirma.

Trabalhando como operadora nuclear naval, Fortier se apaixonou pelos aspectos operacionais de tudo aquilo, aprendendo a ciência por trás das operações da usina. Ela também se tornou mais consciente das deficiências dos processos. Fortier percebeu que muitas operações na usina exigiam muito trabalho manual e se perguntou se poderiam ser menos trabalhosas.

Transição da área operacional para a área acadêmica.

Por volta da época em que estava refletindo sobre essas ideias, a Marinha ofereceu a Fortier a oportunidade de cursar um mestrado em uma lista de disciplinas aprovadas. Fortier optou por engenharia nuclear no MIT como uma extensão de seu trabalho. "Minhas experiências na área nuclear até então tinham sido extremamente positivas, então pensei em aproveitá-las e migrar do âmbito operacional para o acadêmico", diz Fortier. O intenso treinamento na Marinha a preparou para o rigor acadêmico do MIT.

Para seu mestrado, Fortier desenvolveu um sistema de controle supervisório para a operação de usinas nucleares. Ela trabalhou com um simulador que apresentava uma forte resposta termohidráulica. A premissa era que as lições aprendidas com as simulações seriam aplicáveis em situações reais.

Descobriu-se que a pesquisa para o mestrado era apenas a ponta do iceberg. Ainda havia trabalho a ser feito.

Para a viabilidade futura da energia nuclear, pequenas usinas localizadas em áreas rurais representam uma possibilidade concreta. Até o momento, as operações em usinas tradicionais envolvem trabalho manual intensivo, o que é viável porque essas instalações operam com 100% da capacidade e a energia gerada justifica os custos de manutenção de uma grande equipe. No entanto, microrreatores distribuídos em larga escala e em áreas remotas não podem arcar com uma grande equipe de profissionais qualificados. É aí que a operação autônoma, supervisionada e rigorosamente avaliada, se torna essencial.

Uma das principais questões era: “Como fazer a transição para operações autônomas em usinas nucleares?” Fortier desejava uma abordagem integrada, um sistema central de controle e supervisão em vez de várias partes interligadas. Embora fosse uma exigência legítima, o desafio residia em modificar operações que eram originalmente destinadas a humanos para que também incluíssem máquinas.

Fortier percebeu que, por mais completa que fosse a estrutura de um sistema de controle supervisório, seu alcance seria severamente limitado se sua rigidez não pudesse acomodar tanto humanos quanto máquinas. "Como tudo é centrado no ser humano, não permite que você escolha a melhor maneira de executar um procedimento", observa Fortier. E se, em vez disso, humanos e computadores pudessem trabalhar em conjunto e fazer o que cada um faz melhor, com a intervenção humana estratégica sendo aplicada apenas quando necessário?

O objetivo era elegante, mas seu escopo ia muito além de uma dissertação de mestrado. Um doutorado parecia uma progressão natural, então Fortier continuou sua pesquisa rumo ao doutorado após concluir seu mestrado em 2025.

Foi na busca por operações autônomas que Fortier descobriu o poder das colaborações no MIT. Seu orientador de pesquisa, Sacit Cetiner, possui um cargo conjunto no MIT NSE e no Laboratório Nacional de Idaho (INL). Para enfrentar o desafio de desenvolver um sistema de controle supervisório autônomo com uma interface homem-máquina eficaz e de fácil adoção, Fortier trabalhou com Katya Le Blanc, cientista sênior de fatores humanos do INL. Uma colaboração com o Laboratório de Simulação de Sistemas Humanos do INL ajudou Fortier a desenvolver uma melhor compreensão do projeto de sistemas ciberfísicos.

“Sou essencialmente engenheiro e não tenho muita experiência em comportamento humano, então a colaboração com o INL foi extremamente benéfica para mim. Obtive uma melhor compreensão de muitos aspectos, incluindo o que se espera quando um humano precisa assumir o controle de uma máquina que para de funcionar”, diz Fortier.

Ela também aproveitou as colaborações com a Westinghouse, uma organização líder em design e fornecimento de usinas nucleares de geração atual e futura — Fortier concluiu um estágio de verão lá em 2025 — para testar ideias que tinha sobre soluções de operações autônomas.

No MIT, Fortier aprendeu teoria de controle com uma de suas co-orientadoras, Anuradha Annaswamy, fundadora e diretora do Laboratório de Controle Ativo-Adaptativo do Departamento de Engenharia Mecânica. "Ela é especialista em sistemas de controle, o que me beneficia muito, porque, embora eu possa explicar o que fazer com uma usina nuclear, ela pode me ajudar a entender melhor como conduzir as operações a partir de uma perspectiva de sistemas de controle", diz Fortier.

Annaswamy assessora Fortier em relação à estrutura e execução de sistemas de controle supervisório. Fortier também tem frequentado aulas relacionadas a sistemas de controle para construir uma base sólida na disciplina. Curtis Smith , ex-diretor da Divisão de Pesquisa em Segurança e Regulamentação Nuclear do INL e atual Professor KEPCO de Prática em Ciência e Engenharia Nuclear no MIT NSE, é o outro co-orientador de Fortier.

Uma progressão passo a passo rumo à autonomia.

Fortier esclarece que os sistemas operacionais que ela está projetando incorporarão uma transição gradual e sistemática para a autonomia, visando construir confiança com os usuários. “Quando introduzimos um procedimento automatizado que guia o usuário passo a passo pelo que ele faria de qualquer maneira, isso transmite segurança e gera confiança”, destaca Fortier. Seu trabalho de doutorado concentra-se na incorporação de operações orientadas a objetivos, onde um sistema de controle pode criar a sequência de eventos necessária para atingir o objetivo, em vez de seguir um procedimento operacional predeterminado.

Outro ponto tranquilizador é que Fortier está desenvolvendo automação baseada em um processo chamado autômatos de estados finitos, que, ao contrário da IA, é muito transparente em sua execução. A vantagem dos autômatos de estados finitos, que ela também estudou extensivamente durante um estágio no INL no verão de 2024, é que se trata de um sistema de eventos discretos. Isso significa que cada movimento na estrutura de automação é orientado a eventos — se isso acontecer, faça aquilo — de modo que se ajusta às condições atuais da planta e transita entre vários estados ou eventos de forma muito clara. Trata-se de abordar um problema complexo por meio de automação convencional, não de automação orientada por IA. “Não estamos usando uma abordagem estatística orientada a dados, como aprendizado de máquina, porque ainda não temos as ferramentas para validar a operação de tais sistemas”, afirma Fortier.

O trabalho de Fortier no desenvolvimento de automação para usinas nucleares é tão promissor que ela foi uma das vencedoras da edição de 2025 do Concurso Estudantil de Inovações em Pesquisa e Desenvolvimento de Energia Nuclear, promovido pelo Programa Universitário de Energia Nuclear do Departamento de Energia dos EUA.

A utilização do programa de automação de usinas nucleares em equipamentos de última geração proporcionará o impulso necessário para o desenvolvimento e a implantação de microrreatores comerciais.

Mas primeiro virá o trabalho de dimensionar o sistema de controle supervisório, aproveitando os conhecimentos adquiridos com o trabalho em um pequeno aspecto do controle. Fortier está entusiasmada com o caminho e as possibilidades que a aguardam. "As colaborações com outras pessoas e os relacionamentos que estabelecemos com as partes interessadas realmente ajudaram a gerar impacto e a reforçar a relevância do trabalho", diz ela. "Às vezes, quando você está preso em sua própria bolha, essa perspectiva externa é realmente útil."