在廣袤的南海深處，晨曦初露，海面波光粼粼。一臺(tái)直徑約70厘米的水下機(jī)器人悄然潛入水中，它緊貼海底，與珊瑚礁僅隔數(shù)厘米，靈巧地穿梭于海底世界，宛如一只自由自在的海底精靈。這臺(tái)名為“海龜”的敏捷型水下機(jī)器人，由哈爾濱工程大學(xué)船舶與工程學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)精心打造，正以其卓越的性能，開(kāi)啟水下探測(cè)的新篇章。4rV28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

傳統(tǒng)水下機(jī)器人給人的印象往往是笨拙而僵硬，但“海龜”機(jī)器人卻徹底顛覆了這一認(rèn)知。在一次學(xué)術(shù)交流中，王剛教授偶然聽(tīng)到同行抱怨深潛器抵達(dá)海底后需長(zhǎng)時(shí)間等待沉積物散去才能工作，這讓他敏銳地意識(shí)到，水下機(jī)器人在地形適應(yīng)能力和生態(tài)友好性方面存在巨大提升空間。全球珊瑚礁的快速退化，以及潛水員觀測(cè)時(shí)間窗口的有限性，都迫切需要一種更高效、更環(huán)保的水下探測(cè)手段。4rV28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

科研團(tuán)隊(duì)將目光投向了海洋生物，特別是海龜?shù)耐七M(jìn)方式。他們發(fā)現(xiàn)，海龜通過(guò)傾斜拍動(dòng)前肢，既能減少水體擾動(dòng)，又能保持高效推進(jìn)。然而，將這一生物特性轉(zhuǎn)化為技術(shù)方案并非易事。設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)器人的形狀和推進(jìn)器布局對(duì)上升速度有著顯著影響，且無(wú)前例可循。團(tuán)隊(duì)決定采用數(shù)學(xué)方法，建立機(jī)器人、推力和速度之間的數(shù)學(xué)模型，為珊瑚觀測(cè)機(jī)器人提供量化依據(jù)。4rV28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次失敗和反復(fù)推導(dǎo)，團(tuán)隊(duì)終于得出了機(jī)器人低擾動(dòng)航行性能與推進(jìn)器布局及外形參數(shù)之間的數(shù)學(xué)公式。這一公式不僅為研發(fā)初期預(yù)測(cè)機(jī)器人構(gòu)型的低擾動(dòng)性能提供了極大便利，還顯著提高了研發(fā)效率。對(duì)比試驗(yàn)中，傳統(tǒng)水下機(jī)器人靠近海底時(shí)激起半米高的泥沙云，而“海龜”機(jī)器人幾乎不泛起漣漪，沉積物干擾降低了90%，讓國(guó)際同行驚嘆水下觀測(cè)竟能如此“溫柔”。4rV28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

然而，科研團(tuán)隊(duì)的追求并未止步。2022年寒冬，實(shí)驗(yàn)室里金屬撞擊聲此起彼伏。劉開(kāi)鑫手握布滿劃痕的傳感器外殼，面對(duì)屏幕上劇烈波動(dòng)的數(shù)據(jù)，眉頭緊鎖。原來(lái)，“海龜”機(jī)器人需為珊瑚觀測(cè)服務(wù)，必須貼近海底工作，距離珊瑚不超過(guò)1米，以便準(zhǔn)確捕捉顏色細(xì)節(jié)。這要求機(jī)器人具備超高靈敏度，能夠瞬時(shí)調(diào)整姿態(tài)，避免觸底發(fā)生意外。4rV28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，直接獲取角加速度進(jìn)行微分會(huì)放大傳感器噪聲，必須徹底顛覆測(cè)量架構(gòu)。幾天后，劉開(kāi)鑫突發(fā)靈感：將測(cè)試點(diǎn)移至機(jī)器人兩端，并用半徑乘以切向加速度，直接獲得角加速度。這一“三點(diǎn)慣性測(cè)量感知方法”迅速被付諸實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)噪聲降低了約76.2%，響應(yīng)時(shí)間縮短了1.1倍，傾角控制的穩(wěn)定性提升了7.16倍。在載荷實(shí)驗(yàn)中，“海龜”機(jī)器人面對(duì)4公斤的沖擊載荷時(shí)，能夠瞬時(shí)向上傾斜以補(bǔ)償失位情況，姿態(tài)修正時(shí)間僅需0.45秒。4rV28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

海底環(huán)境復(fù)雜多變，凹凸不平，障礙物眾多。如何使機(jī)器人持續(xù)貼底并近距離運(yùn)動(dòng)，即使在崎嶇地形中也能靈活穿梭？傳統(tǒng)水下導(dǎo)航依賴“定點(diǎn)跟蹤”模式，無(wú)法滿足這一需求。團(tuán)隊(duì)成員提出，將機(jī)器人的姿態(tài)信息融入算法中，或許能讓機(jī)器人像章魚(yú)觸手般靈活，實(shí)現(xiàn)360度自由調(diào)整姿態(tài)。4rV28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

經(jīng)過(guò)半年攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)成功在跟蹤算法中引入了姿態(tài)約束算法，使航行器姿態(tài)與環(huán)境碰撞關(guān)系深度融合，大大提高了機(jī)器人的敏捷性。這一創(chuàng)新成果被國(guó)際期刊贊譽(yù)為“開(kāi)辟了敏捷型水下機(jī)器人的新方向”，使近海底環(huán)境觀測(cè)距離達(dá)到了厘米級(jí)別。在實(shí)海測(cè)試中，“海龜”機(jī)器人在一個(gè)寬度1米、高度0.8米的異形框架上完成打結(jié)任務(wù)，僅用時(shí)3分鐘，成功突破了水下航行器在海底復(fù)雜地形全域機(jī)動(dòng)的技術(shù)瓶頸。4rV28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

行業(yè)專家對(duì)“海龜”機(jī)器人交口稱贊，認(rèn)為它不僅能用于觀測(cè)珊瑚，還能在水下捕撈、搜救等方面發(fā)揮重要作用。目前，團(tuán)隊(duì)正在為“海龜”機(jī)器人增添更多功能，如搭載微距攝像頭捕捉珊瑚蟲(chóng)的呼吸動(dòng)作，配備機(jī)械臂使其能定點(diǎn)駐留觀測(cè)，變成一個(gè)“海底監(jiān)控站”。在深海采礦中，“海龜”機(jī)器人還能多臺(tái)協(xié)同作業(yè)，通過(guò)搭載大模型精準(zhǔn)定位礦源，既提高開(kāi)采效率，又保護(hù)海底生態(tài)。4rV28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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