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近日，在南海的晨光中，一臺直徑約70厘米的水下機(jī)器人以優(yōu)雅的弧線潛入碧波。它緊貼海底，距珊瑚礁盤僅幾厘米，輕巧游動，四周沉積物只泛起細(xì)微漣漪。即便魚群突然掠過，它也能靈巧扭動，從縫隙中穿梭而過，宛如海底飛盤般敏捷。
這是哈爾濱工程大學(xué)船舶與工程學(xué)院王剛教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的敏捷型水下機(jī)器人“海龜”的真實(shí)工作場景。它不僅實(shí)現(xiàn)了近海底環(huán)境觀測的厘米級突破，更以靈動身姿顛覆了傳統(tǒng)水下機(jī)器人“笨拙”“僵硬”的刻板印象，開啟一個更加精準(zhǔn)、高效、環(huán)保的水下探測新時代。
“我們的深潛器每次抵達(dá)海底，都要先等沉積物散去才能工作，這個過程需要很長時間?！痹谝淮螌W(xué)術(shù)會議上，王剛聽到這句抱怨時，職業(yè)敏感讓他心頭一震。
王剛團(tuán)隊(duì)將目光投向海洋生物，仔細(xì)研究了數(shù)十種海底動物后，從海龜?shù)耐七M(jìn)方式中找到了靈感。團(tuán)隊(duì)成員劉開鑫回憶：“我們發(fā)現(xiàn)海龜傾斜拍動前肢的推進(jìn)方式，既能減少水體擾動，又能保持高效推進(jìn)?！?/span>
在隨后的半年多時間里，團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了無數(shù)次失敗后，最終推導(dǎo)出了機(jī)器人低擾動航行性能與推進(jìn)器布局以及機(jī)器人外形參數(shù)之間的數(shù)學(xué)公式。當(dāng)電腦屏幕上顯示出性能提升的曲線時，整個實(shí)驗(yàn)室都為之沸騰。
對比試驗(yàn)中，傳統(tǒng)水下機(jī)器人靠近海底時激起半米高的泥沙云，而“海龜”機(jī)器人憑借其精準(zhǔn)布局的推進(jìn)器，幾乎在航行時不泛起漣漪，沉積物干擾降低了90%。
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，即使在崎嶇地形中也能靈活穿梭？這一難題困擾團(tuán)隊(duì)許久。
團(tuán)隊(duì)成員提出，將機(jī)器人的姿態(tài)信息融入算法中。這一改變或許能讓機(jī)器人像章魚腕足般靈活，實(shí)現(xiàn)360度自由調(diào)整姿態(tài)。
經(jīng)過半年攻關(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，從而大大提高了機(jī)器人的敏捷性。
那么，敏捷型機(jī)器人到底有多敏捷呢？團(tuán)隊(duì)通過一場“水下雜技”表演為我們揭曉答案。
在實(shí)海測試中，科研人員在海底設(shè)置了一個寬度1米、高度0.8米的異形框架，讓懸掛繩索的“海龜”機(jī)器人在該框架上完成打結(jié)任務(wù)。這對于寬度0.93米的“海龜”來說，是一項(xiàng)極限挑戰(zhàn)。然而，“海龜”機(jī)器人卻從容不迫，迅速完成了一系列動作，整個過程僅用時3分鐘。
看到這一幕，行業(yè)專家對這個“國際首臺敏捷型”水下機(jī)器人交口稱贊?！昂｝敗睓C(jī)器人360度的靈活運(yùn)動，成功突破了水下航行器在海底復(fù)雜地形全域機(jī)動的技術(shù)瓶頸。專家們認(rèn)為，“海龜”機(jī)器人不僅能用于觀測珊瑚，還能在水下捕撈、搜救等方面發(fā)揮重要作用。
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