巧奪天工，東華科研讓冬奧會火炬“飛揚”起來

旋轉上升，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注的元素之一，此次冬奧火炬“飛揚”一經亮相就吸睛無數。東華大學孫以澤團隊作為火炬重要部分外飄帶（外殼）的關鍵制造技術提供方，為我們揭開“小”火炬背后蘊藏的“大”學問。

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”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雜的異性結構件。孫以澤說最初看到的是一個泥塑火炬作品“飛揚”，那是來源于藝術家的靈感、手工塑造的精品，要完成數字化制造、工業化生產，并且用高科技碳纖維復合材料編織成型，首先要突破的第一道難關就是數學建模。為了打好“地基”，孫以澤率領團隊數次北上，與中央美院的火炬外形設計師團隊、冬奧組委相關工作人員等反復探討、修改、打磨。去年春節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：“團隊的博士們好幾次夜里做夢，還夢到在做火炬外飄帶的數學建模。”簡簡單單的一句話，字里行間卻透露著科研工作者的執著與擔當。

在合作團隊位于淮安的生產車間里，一臺足有8 米直徑的環形“大家伙”正在高速運轉著，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，傳統制造工藝無法實現，而眼前的這個“大家伙”就是“織”火炬外衣的“秘密武器”，由東華大學獨家研制、世界首創的大尺寸異性結構件三維高精度球面立體編織機。

為了讓這些碳纖維復合材料在編織過程中乖乖聽話，同時在工業生產中立體還原外飄帶柔美飄逸的感覺，孫以澤帶領團隊研究控制算法、奇妙機構、變軌技術等，從理論推導到實驗驗證再到生產實踐，反復調試。發明了所謂“偏心”編織的方法，解決了大曲率、變密度編織難題；原創了雙機器人協同夾持芯模控制算法，保證大尺寸異形結構件編織在復雜受力狀態下的動力學性能最優；研發了單紗張力全流程數字化調控技術，實現了恒張力精確編織；研發了高維曲面自動打磨的技能作業機器人系統，實現了火炬外飄帶的三維自動化立體編織和自動化打磨，項目技術不僅填補了國內空白，在國際上也處于領先地位。最終，孫以澤教授團隊讓火炬“活”了起來，真正呈現出了最好的“飛揚”狀態。（朱一超）