在南海的碧波之下，一台直径约70厘米的水下机器人正以优雅姿态穿梭于珊瑚礁间。它紧贴海底，与礁盘仅隔数厘米，航行时掀起的沉积物微乎其微，即使鱼群从旁掠过，也能灵活调整方向，如飞盘般轻盈地避开障碍。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王刚教授团队研发，标志着水下探测技术向精准、高效、环保方向迈出了关键一步。
传统水下机器人常因螺旋桨搅动泥沙而破坏海底生态，观测数据也因沉积物干扰变得模糊。全球珊瑚礁退化问题日益严峻，但潜水员每年仅能在有限时间内观测，且无法触及深水区。王刚团队在一次学术会议上捕捉到这一痛点后，将研究目光转向海洋生物，试图从自然中寻找解决方案。经过对数十种海底动物的研究，他们发现海龟倾斜拍动前肢的推进方式既能减少水体扰动，又能保持高效推进，这为机器人设计提供了灵感。
然而，将生物特性转化为技术方案并非易事。团队成员刘开鑫回忆，设计过程中，机器人的形状和推进器布局对上升速度影响显著，但无前例可循。他们通过建立数学模型，探究机器人、推力和速度之间的关系，最终推导出低扰动航行性能与推进器布局及外形参数的数学公式。这一公式使研发初期即可预测机器人构型的低扰动性能，无需反复试验，极大提高了效率。对比试验显示，传统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90%，实现了近海底环境观测的厘米级突破。
为满足珊瑚观测需求，“海龟”机器人需贴近海底工作，距离珊瑚不超过1米，以捕捉颜色细节。这要求机器人具备超高灵敏度，能瞬时调整姿态。传统水下机器人依赖“定点跟踪”模式，类似地面车辆按既定路线行驶，无法在狭小缝隙中侧身穿过。团队提出将姿态信息融入算法，使机器人如章鱼触手般灵活，实现360度自由调整姿态。王刚解释，这一创新如同为机器人增添了“手腕”，使其能全向旋转。
在稳定性提升方面，团队曾面临传感器噪声放大的难题。直接获取角加速度需进行微分，会将噪声放大200倍。刘开鑫突发灵感，提出“三点惯性测量感知方法”，通过将测试点移至机器人两端，用半径乘以切向加速度直接获得角加速度。实验显示，搭载该方法的机器人数据噪声降低76.2%，响应时间缩短1.1倍，倾角控制稳定性提升7.16倍。在载荷实验中，机器人面对4公斤冲击载荷时，能在0.45秒内完成姿态修正。
实海测试中，“海龟”机器人展现了惊人的敏捷性。科研人员在海底设置宽度1米、高度0.8米的异形框架，要求机器人完成打结任务。这台宽度0.93米的机器人从容应对，仅用3分钟即完成任务，突破了水下航行器在复杂地形全域机动的技术瓶颈。国际期刊《自然·通讯》赞誉其“开辟了敏捷型水下机器人的新方向”。目前，团队正为“海龟”机器人增添更多功能，如搭载微距摄像头捕捉珊瑚虫呼吸动作，配备机械臂实现定点驻留观测，使其成为“海底监控站”。在深海采矿中，多台“海龟”机器人可协同作业，通过大模型精准定位矿源，兼顾开采效率与生态保护。
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