巧夺天工，东华科研让冬奥会火炬“飞扬”起来

旋转上升，犹如丝带舞动飘逸，化作顶端的熊熊火焰……作为历届奥运会中备受关注的元素之一，此次冬奥火炬“飞扬”一经亮相就吸睛无数。东华大学孙以泽团队作为火炬重要部分外飘带（外壳）的关键制造技术提供方，为我们揭开“小”火炬背后蕴藏的“大”学问。

小小的火炬背后到底有哪些黑科技呢？孙以泽用“高新材料”、“高新装备”、“高端制造”这三个“高”字来概括。

火炬“飞扬”的外飘带造型非常特殊，是一个高维曲面体，对于工程化制造来说是一种极其复杂的异性结构件。孙以泽说最初看到的是一个泥塑火炬作品“飞扬”，那是来源于艺术家的灵感、手工塑造的精品，要完成数字化制造、工业化生产，并且用高科技碳纤维复合材料编织成型，首先要突破的第一道难关就是数学建模。为了打好“地基”，孙以泽率领团队数次北上，与中央美院的火炬外形设计师团队、冬奥组委相关工作人员等反复探讨、修改、打磨。去年春节期间课题组成员们还在紧锣密鼓地做测试、改方案，从白天忙到黑夜，孙以泽告诉记者说：“团队的博士们好几次夜里做梦，还梦到在做火炬外飘带的数学建模。”简简单单的一句话，字里行间却透露着科研工作者的执着与担当。

在合作团队位于淮安的生产车间里，一台足有8 米直径的环形“大家伙”正在高速运转着，成百上千根黑色丝束在交织穿梭，乍一看就像是在“织毛衣”，只需数分钟，便能“织”出一件精确到克的火炬外衣。孙以泽说，火炬外飘带灵动且优美，但由于它是变径、变曲率的，上下不一般粗，曲面厚薄也不一致，传统制造工艺无法实现，而眼前的这个“大家伙”就是“织”火炬外衣的“秘密武器”，由东华大学独家研制、世界首创的大尺寸异性结构件三维高精度球面立体编织机。

为了让这些碳纤维复合材料在编织过程中乖乖听话，同时在工业生产中立体还原外飘带柔美飘逸的感觉，孙以泽带领团队研究控制算法、奇妙机构、变轨技术等，从理论推导到实验验证再到生产实践，反复调试。发明了所谓“偏心”编织的方法，解决了大曲率、变密度编织难题；原创了双机器人协同夹持芯模控制算法，保证大尺寸异形结构件编织在复杂受力状态下的动力学性能最优；研发了单纱张力全流程数字化调控技术，实现了恒张力精确编织；研发了高维曲面自动打磨的技能作业机器人系统，实现了火炬外飘带的三维自动化立体编织和自动化打磨，项目技术不仅填补了国内空白，在国际上也处于领先地位。最终，孙以泽教授团队让火炬“活”了起来，真正呈现出了最好的“飞扬”状态。（朱一超）