在南海的碧波之下，一臺直徑約70厘米的水下機器人正以優雅姿態穿梭于珊瑚礁間。它緊貼海底，與礁盤僅隔數厘米，航行時掀起的沉積物微乎其微，即使魚群從旁掠過，也能靈活調整方向，如飛盤般輕盈地避開障礙。這臺名為“海龜”的敏捷型水下機器人，由哈爾濱工程大學船舶與工程學院王剛教授團隊研發，標志著水下探測技術向精準、高效、環保方向邁出了關鍵一步。

傳統水下機器人常因螺旋槳攪動泥沙而破壞海底生態，觀測數據也因沉積物干擾變得模糊。全球珊瑚礁退化問題日益嚴峻，但潛水員每年僅能在有限時間內觀測，且無法觸及深水區。王剛團隊在一次學術會議上捕捉到這一痛點后，將研究目光轉向海洋生物，試圖從自然中尋找解決方案。經過對數十種海底動物的研究，他們發現海龜傾斜拍動前肢的推進方式既能減少水體擾動，又能保持高效推進，這為機器人設計提供了靈感。

然而，將生物特性轉化為技術方案并非易事。團隊成員劉開鑫回憶，設計過程中，機器人的形狀和推進器布局對上升速度影響顯著，但無前例可循。他們通過建立數學模型，探究機器人、推力和速度之間的關系，最終推導出低擾動航行性能與推進器布局及外形參數的數學公式。這一公式使研發初期即可預測機器人構型的低擾動性能，無需反復試驗，極大提高了效率。對比試驗顯示，傳統機器人靠近海底時激起半米高的泥沙云，而“海龜”機器人幾乎不泛起漣漪，沉積物干擾降低90%，實現了近海底環境觀測的厘米級突破。

為滿足珊瑚觀測需求，“海龜”機器人需貼近海底工作，距離珊瑚不超過1米，以捕捉顏色細節。這要求機器人具備超高靈敏度，能瞬時調整姿態。傳統水下機器人依賴“定點跟蹤”模式，類似地面車輛按既定路線行駛，無法在狹小縫隙中側身穿過。團隊提出將姿態信息融入算法，使機器人如章魚觸手般靈活，實現360度自由調整姿態。王剛解釋，這一創新如同為機器人增添了“手腕”，使其能全向旋轉。

在穩定性提升方面，團隊曾面臨傳感器噪聲放大的難題。直接獲取角加速度需進行微分，會將噪聲放大200倍。劉開鑫突發靈感，提出“三點慣性測量感知方法”，通過將測試點移至機器人兩端，用半徑乘以切向加速度直接獲得角加速度。實驗顯示，搭載該方法的機器人數據噪聲降低76.2%，響應時間縮短1.1倍，傾角控制穩定性提升7.16倍。在載荷實驗中，機器人面對4公斤沖擊載荷時，能在0.45秒內完成姿態修正。

實海測試中，“海龜”機器人展現了驚人的敏捷性。科研人員在海底設置寬度1米、高度0.8米的異形框架，要求機器人完成打結任務。這臺寬度0.93米的機器人從容應對，僅用3分鐘即完成任務，突破了水下航行器在復雜地形全域機動的技術瓶頸。國際期刊《自然·通訊》贊譽其“開辟了敏捷型水下機器人的新方向”。目前，團隊正為“海龜”機器人增添更多功能，如搭載微距攝像頭捕捉珊瑚蟲呼吸動作，配備機械臂實現定點駐留觀測，使其成為“海底監控站”。在深海采礦中，多臺“海龜”機器人可協同作業，通過大模型精準定位礦源，兼顧開采效率與生態保護。