清華、北大等86所高校布局元宇宙，是風口還是噱頭？
作者：徐賜豪來源：區塊鏈日報據全國高校人工智能與大數據創新聯盟元宇宙專委會不完全統計，截至2023年7月，全國共有86所高校戰略布局元宇宙領域，其中本科院校73所，高職專科院校13所
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。
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