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”一亮相就吸睛无数。

作为火炬重要部分外飘带（外壳）的关键制造技术提供方，东华大学机械工程学院教授、纺织科技创新中心主任孙以泽团队揭开了“小”火炬背后蕴藏的“大”学问。

为火炬“织外衣”

“这是一次艺术设计与科技创新的完美碰撞。”孙以泽对《中国科学报》说，“小小火炬背后的‘黑科技’可以用‘高新材料’‘高新装备’‘高端制造’来概括。”

2020年8月，冬奥火炬总体承担方上海石化找到孙以泽，并抛出一道难题——如何用碳纤维复合材料，将天马行空的火炬外飘带艺术造型高精度呈现出来。

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。小小的火炬背后到底有哪些黑科技呢？“这是一次艺术设计与科技创新的完美碰撞。”孙以泽用“高新材料”“高新装备”“高端制造”这三个“高”字来概括。

2020年的八、九月份，火炬总体的承担方上海石化找到在自动编织装备领域深耕细作近二十余年的孙以泽，并抛出了一道难题——如何用碳纤维复合材料将天马行空的火炬外飘带艺术造型高精度呈现出来。

孙以泽解释道，最初看到的是一个泥塑火炬作品“飞扬”，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，只有数学建模才能高精度地还原和复现美轮美奂的艺术设计作品，使自动化数字制造成为可能。

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、冬奥会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。“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。”

功夫不负有心人，在孙以泽的带领下，团队攻坚克难，最终用多维曲面拟合智能算法完成了数学建模。

让火炬“活”起来

在合作团队位于淮安的生产车间里，一台直径8米的环形“大家伙”正在高速运转，成千上百根黑色丝束交织穿梭，乍一看就像是在“织毛衣”。

只需数分钟，它便能“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，但它是变径、变曲率的，上下不一样粗，曲面厚薄也不一致，传统制造工艺无法实现。

而这个“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型结构件三维高精度球面立体编织机。

这台编织机共有576个编织锭子，编织最大截面500×500毫米，是目前世界上功能最强、编制尺寸最大的三维球面立体编织机。

工作时，在环形球面轨道内，576个高速运动锭子不断变轨，飞速交叉穿梭。

该系列编织机可编织大飞机、高铁等大尺寸结构承力件，也可编织螺旋桨、无人机、火炬外飘带等精密异型结构件。

“这个编织过程可以说是‘险象环生’，每个运动锭子时刻都会面临14种碰撞可能。”

孙以泽说，“这就好比在四车道高速公路上，有几百甚至上千辆车快速交叉穿梭通行，不仅要高速跑，还要不断交叉、里外穿行变道跑，我们通过智能运算、精准变轨控制，才能避免出现‘交通事故’。”

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，该团队研究控制算法、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。

他们发明“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，保证大尺寸异型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。

此外，他们还研发了单纱张力全流程数字化调控技术和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。这项技术的成功应用不仅填补了国内空白，也在国际上处于领先地位。孙以泽教授团队的科研文化充满激情和勇气，他们勇敢地追求科学创新，取得了多项值得骄傲的成果。

他们的努力和成果不仅推动了科学技术的发展，也为国家的发展做出了重要贡献。作为读者，我们应该关注和支持这样的科研团队。他们的突破在火炬制造领域具有重要意义，不仅提高了我国的技术水平，也为我国在国际上树立了良好的形象。我们应该为他们的努力和成果点赞，并为他们的未来发展提出建议和支持。

项目技术不仅填补了国内空白，在国际上也处于领先地位。

爱国是最美的科学誓言

“我们会用科技创新撑起大国重器的脊梁！”看着电视上火炬成功传递的画面，孙以泽激动地说。心怀“国之大者”，敢啃“硬骨头”，敢为科研创新“领头雁”，早已成为了孙以泽团队的科研文化。早在2018年，团队便突破了特种编织物自动化编织技术，编织的特种救生、通讯绳缆助力“蛟龙号”完成5000米级和7000米级深潜试验；助力综合科考船“科学号”成功完成热带西太平洋综合考察，破解深海观测数据实时传输的世界难题……该项成果曾斩获当年国家科技进步二等奖。而如今，三维立体编织技术的突破，成功实现了碳纤维复合材料的大尺寸、高精度编织，未来在无人机的结构件编织、多联装战术导弹的筒体快速成型等国防民生重要领域大有可为。

爱国是最美的科学誓言，手执“飞扬”火炬回首细数，孙以泽团队科研道路上的每一项成果，无不饱含着最炙热的爱国情怀。未来，孙以泽教授将继续身体力行，带领着这支“科研王牌军”，以科技创新和解决国家急需为己任，面向国家和产业重大需求，砥砺创新，真正把科研成果写到祖国大地上。

文章来源： 东华大学本科生招生，中国科学报，北青网，幸福极简