巧奪天工，東華科研讓冬奧會火炬“飛揚(yáng)”起來

旋轉(zhuǎn)上升，猶如絲帶舞動飄逸，化作頂端的熊熊火焰……作為歷屆奧運會中備受關(guān)注的元素之一，此次冬奧火炬“飛揚(yáng)”一經(jīng)亮相就吸睛無數(shù)。東華大學(xué)孫以澤團(tuán)隊作為火炬重要部分外飄帶（外殼）的關(guān)鍵制造技術(shù)提供方，為我們揭開“小”火炬背后蘊(yùn)藏的“大”學(xué)問。

小小的火炬背后到底有哪些黑科技呢？孫以澤用“高新材料”、“高新裝備”、“高端制造”這三個“高”字來概括。

火炬“飛揚(yáng)”的外飄帶造型非常特殊，是一個高維曲面體，對于工程化制造來說是一種極其復(fù)雜的異性結(jié)構(gòu)件。孫以澤說最初看到的是一個泥塑火炬作品“飛揚(yáng)”，那是來源于藝術(shù)家的靈感、手工塑造的精品，要完成數(shù)字化制造、工業(yè)化生產(chǎn)，并且用高科技碳纖維復(fù)合材料編織成型，首先要突破的第一道難關(guān)就是數(shù)學(xué)建模。為了打好“地基”，孫以澤率領(lǐng)團(tuán)隊數(shù)次北上，與中央美院的火炬外形設(shè)計師團(tuán)隊、冬奧組委相關(guān)工作人員等反復(fù)探討、修改、打磨。去年春節(jié)期間課題組成員們還在緊鑼密鼓地做測試、改方案，從白天忙到黑夜，孫以澤告訴記者說：“團(tuán)隊的博士們好幾次夜里做夢，還夢到在做火炬外飄帶的數(shù)學(xué)建模。”簡簡單單的一句話，字里行間卻透露著科研工作者的執(zhí)著與擔(dān)當(dāng)。

在合作團(tuán)隊位于淮安的生產(chǎn)車間里，一臺足有8米直徑的環(huán)形“大家伙”正在高速運轉(zhuǎn)著，成百上千根黑色絲束在交織穿梭，乍一看就像是在“織毛衣”，只需數(shù)分鐘，便能“織”出一件精確到克的火炬外衣。孫以澤說，火炬外飄帶靈動且優(yōu)美，但由于它是變徑、變曲率的，上下不一般粗，曲面厚薄也不一致，傳統(tǒng)制造工藝無法實現(xiàn)，而眼前的這個“大家伙”就是“織”火炬外衣的“秘密武器”，由東華大學(xué)獨家研制、世界首創(chuàng)的大尺寸異性結(jié)構(gòu)件三維高精度球面立體編織機(jī)。

為了讓這些碳纖維復(fù)合材料在編織過程中乖乖聽話，同時在工業(yè)生產(chǎn)中立體還原外飄帶柔美飄逸的感覺，孫以澤帶領(lǐng)團(tuán)隊研究控制算法、奇妙機(jī)構(gòu)、變軌技術(shù)等，從理論推導(dǎo)到實驗驗證再到生產(chǎn)實踐，反復(fù)調(diào)試。發(fā)明了所謂“偏心”編織的方法，解決了大曲率、變密度編織難題;原創(chuàng)了雙機(jī)器人協(xié)同夾持芯模控制算法，保證大尺寸異形結(jié)構(gòu)件編織在復(fù)雜受力狀態(tài)下的動力學(xué)性能最優(yōu);研發(fā)了單紗張力全流程數(shù)字化調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)了恒張力精確編織;研發(fā)了高維曲面自動打磨的技能作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，實現(xiàn)了火炬外飄帶的三維自動化立體編織和自動化打磨，項目技術(shù)不僅填補(bǔ)了國內(nèi)空白，在國際上也處于領(lǐng)先地位。最終，孫以澤教授團(tuán)隊讓火炬“活”了起來，真正呈現(xiàn)出了最好的“飛揚(yáng)”狀態(tài)。（朱一超）