2022年2月4日晚，奥林匹克火炬镶嵌在巨大雪花中，在国家体育场慢慢升起，北京冬奥会正式开幕。在来自各行各业的约1200名火炬手的传递下，奥运圣火再次于北京燃起。期间，承载着圣火的冬奥会火炬“飞扬”一经亮相，就因惊艳的外形设计成为公众关注的焦点。不过屏幕前的你是否知道，这支火炬飘逸的造型是“编”出来的？来自东华大学的孙以泽教授团队作为火炬重要部分外飘带（外壳）的关键制造技术的提供方，以科技创新呼应艺术设计，完成了一次完美的“碰撞”。
旋转上升，划出一道优美的曲线，犹如丝带飘舞，在冰雪世界留下飘逸的轨迹，并最终化作顶端的熊熊火焰……作为奥运会中备受关注的元素之一，冬奥火炬“飞扬”由碳纤维复合材料制作，属世界首创，一经亮相就吸引了无数目光。其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。想要将来自于艺术家的灵感转化成数字化制造、工业化生产的产品，并且用高科技碳纤维复合材料编织成型，这一过程中横亘着诸多难关。
火炬“飞扬”的生产场景
2020年8月，火炬总体承担方上海石化就找到了在自动编织装备领域深耕二十余年的东华大学机械学院教授、纺织科技创新中心主任孙以泽，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。为了让最终成品能够“活”起来、“火”起来，孙以泽率队数次北上，与中央美院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，甚至在去年春节期间，团队成员还在紧锣密鼓地做测试、改方案。“科研工作永远是进行时，没有休止符。”孙以泽和团队成员们时刻以国家需要为指引，不断向火炬外飘带编织技术发起攻关。
目前世界上最大的三维球面立体编织机
功夫不负有心人，最终团队用多维曲面拟合智能算法完成数学建模，不过下一个难关又接踵而至：火炬外飘带灵动优美，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。面对这一难题，团队拿出了一件战功赫赫的“秘密*器武**”——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。这一系列编织机既可编织大飞机、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形结构件，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。
团队成员在现场指导立体三维编织
这一编织机总共有576个编织锭子，设备工作时，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，每个运动锭子每个时刻都有14种碰撞的可能。为了让这些碳纤维复合材料在编织过程中“乖乖听话”，避免运动锭子间出现“交通事故”，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。
最终，团队发明了一种所谓“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；还研发了高维曲面自动打磨的技能作业机器人系统。由此，火炬外飘带做到了三维自动化立体编织和自动化打磨，不仅填补了国内空白，在国际上也处于领先地位。
“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。
中间为孙以泽教授
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。
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本文素材来源：东华大学官网/官微、经济日报、青瞳视角、北晚在线