團隊研制的目前世界上最大的三維球面立體編織機。 本文圖檔均為 東華大學孫以澤團隊 供圖
2022北京冬奧會開幕在即，激動人心的火炬接力儀式正在進行中。旋轉上升，猶如絲帶舞動飄逸，化作頂端的熊熊火焰……此次冬奧火炬“飛揚”一經亮相，就吸睛無數。
澎湃新聞記者從東華大學了解到，東華大學孫以澤團隊正是火炬外飄帶（外殼）的關鍵制造技術提供方。教授孫以澤領銜的教育部優秀創新團隊和上海市“教育先鋒号”團隊，長期緻力于紡織裝備與控制的科研與教學，此次率領團隊攻關了火炬外飄帶編織技術。
合作方淮安基地的火炬“飛揚”生産場景。
國際領先的三維立體編織技術，為火炬“織外衣”
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複雜的異性結構件。“高新材料”“高新裝備”“高端制造”，孫以澤用三個“高”字來概括火炬背後的“黑科技”。
2020年的八九月份，火炬總體的承擔方上海石化找到孫以澤，抛出了一道難題——如何用碳纖維複合材料将火炬外飄帶藝術造型高精度呈現出來？
孫以澤最初看到的是泥塑的火炬作品“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、工業化生産，并且用高科技碳纖維複合材料編織成型，首先要突破的第一道難關就是數學模組化，隻有數學模組化才能高精度地還原和複現美輪美奂的藝術設計作品，使自動化數字制造成為可能。
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、冬奧會組委相關從業人員等反複探讨、修改、打磨。2021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。“團隊的博士們好幾次夜裡做夢，還夢到在做火炬外飄帶的數學模組化。”孫以澤說。
最終，團隊成員攻堅克難，用多元曲面拟合智能算法完成數學模組化。
孫以澤教授為團隊開學術交流會。
“編織過程中，每個運動錠子每個時刻都有14種碰撞的可能”
在合作團隊淮安的生産工廠中的房間裡，一台足有8米直徑的環形“大家夥”正在高速運轉着，成千上百根黑色絲束在交織穿梭，乍一看就像是在“織毛衣”，隻需數分鐘，便能“織”出一件精确到克的火炬外衣。
孫以澤介紹，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，曲面厚薄也不一緻，傳統制造技術無法實作，而眼前的這個“大家夥”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。
該系列編織機可編織大飛機、高鐵等大尺寸結構承力件，也可編織螺旋槳、無人機、火炬外飄帶等精密異形結構件。它總共有576個編織錠子，可編織最大截面500*500毫米，是目前世界上功能最強、編制尺寸最大的三維球面立體編織機。裝置工作時，在環形球面軌道内，576個高速運動錠子不斷變軌飛速交叉、穿梭。
“這編織過程可以說是‘險象環生’，每個運動錠子每個時刻都有14種碰撞的可能，”孫以澤形象地說道，“這就好比在四車道高速公路上，有幾百甚至上千輛車快速交叉穿梭通行，不僅是高速跑，還要不斷交叉、裡外穿透變道跑，我們通過智能運算、精準變軌控制，才能避免出現‘交通事故’。”
為了讓這些碳纖維複合材料在編織過程中“乖乖聽話”，同時在工業生産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産實踐，反複調試。
此外，團隊發明了所謂“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複雜受力狀态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，實作了恒張力精确編織；研發了高維曲面自動打磨的技能作業機器人系統。實作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内空白，在國際上也處于領先地位。
最終，孫以澤團隊讓火炬“活”了起來，真正呈現出了最好的“飛揚”狀态。
“小火炬承載大能量，我們中國有能力、有技術編織成型高精度的碳纖維複合材料！”看着電視上火炬成功傳遞的畫面，孫以澤激動地說，“我們會用科技創新撐起大國重器的脊梁！”