在广袤的南海深处，晨曦初露，海面波光粼粼。一台直径约70厘米的水下机器人悄然潜入水中，它紧贴海底，与珊瑚礁仅隔数厘米，灵巧地穿梭于海底世界，宛如一只自由自在的海底精灵。这台名为“海龟”的敏捷型水下机器人，由哈尔滨工程大学船舶与工程学院的科研团队精心打造，正以其卓越的性能，开启水下探测的新篇章。
传统水下机器人给人的印象往往是笨拙而僵硬，但“海龟”机器人却彻底颠覆了这一认知。在一次学术交流中，王刚教授偶然听到同行抱怨深潜器抵达海底后需长时间等待沉积物散去才能工作，这让他敏锐地意识到，水下机器人在地形适应能力和生态友好性方面存在巨大提升空间。全球珊瑚礁的快速退化，以及潜水员观测时间窗口的有限性，都迫切需要一种更高效、更环保的水下探测手段。
科研团队将目光投向了海洋生物，特别是海龟的推进方式。他们发现，海龟通过倾斜拍动前肢，既能减少水体扰动，又能保持高效推进。然而，将这一生物特性转化为技术方案并非易事。设计过程中，机器人的形状和推进器布局对上升速度有着显著影响，且无前例可循。团队决定采用数学方法，建立机器人、推力和速度之间的数学模型，为珊瑚观测机器人提供量化依据。
经过无数次失败和反复推导，团队终于得出了机器人低扰动航行性能与推进器布局及外形参数之间的数学公式。这一公式不仅为研发初期预测机器人构型的低扰动性能提供了极大便利，还显著提高了研发效率。对比试验中，传统水下机器人靠近海底时激起半米高的泥沙云，而“海龟”机器人几乎不泛起涟漪，沉积物干扰降低了90%，让国际同行惊叹水下观测竟能如此“温柔”。
然而，科研团队的追求并未止步。2022年寒冬，实验室里金属撞击声此起彼伏。刘开鑫手握布满划痕的传感器外壳，面对屏幕上剧烈波动的数据，眉头紧锁。原来，“海龟”机器人需为珊瑚观测服务，必须贴近海底工作，距离珊瑚不超过1米，以便准确捕捉颜色细节。这要求机器人具备超高灵敏度，能够瞬时调整姿态，避免触底发生意外。
团队意识到，直接获取角加速度进行微分会放大传感器噪声，必须彻底颠覆测量架构。几天后，刘开鑫突发灵感：将测试点移至机器人两端，并用半径乘以切向加速度，直接获得角加速度。这一“三点惯性测量感知方法”迅速被付诸实验，结果显示，数据噪声降低了约76.2%，响应时间缩短了1.1倍，倾角控制的稳定性提升了7.16倍。在载荷实验中，“海龟”机器人面对4公斤的冲击载荷时，能够瞬时向上倾斜以补偿失位情况，姿态修正时间仅需0.45秒。
海底环境复杂多变，凹凸不平，障碍物众多。如何使机器人持续贴底并近距离运动，即使在崎岖地形中也能灵活穿梭？传统水下导航依赖“定点跟踪”模式，无法满足这一需求。团队成员提出，将机器人的姿态信息融入算法中，或许能让机器人像章鱼触手般灵活，实现360度自由调整姿态。
经过半年攻关，团队成功在跟踪算法中引入了姿态约束算法，使航行器姿态与环境碰撞关系深度融合，大大提高了机器人的敏捷性。这一创新成果被国际期刊赞誉为“开辟了敏捷型水下机器人的新方向”，使近海底环境观测距离达到了厘米级别。在实海测试中，“海龟”机器人在一个宽度1米、高度0.8米的异形框架上完成打结任务，仅用时3分钟，成功突破了水下航行器在海底复杂地形全域机动的技术瓶颈。
行业专家对“海龟”机器人交口称赞，认为它不仅能用于观测珊瑚，还能在水下捕捞、搜救等方面发挥重要作用。目前，团队正在为“海龟”机器人增添更多功能，如搭载微距摄像头捕捉珊瑚虫的呼吸动作，配备机械臂使其能定点驻留观测，变成一个“海底监控站”。在深海采矿中，“海龟”机器人还能多台协同作业，通过搭载大模型精准定位矿源，既提高开采效率，又保护海底生态。
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