2021年9月22日下午，諾貝爾物理學獎獲得者、中國科學院院士、清華大學高等研究院名譽院長楊振寧先生學術思想研討會——賀楊先生百歲華誕在清華大學舉行。原國務委員、第十一屆全國人大常委會副委員長陳至立，清華大學校長邱勇，中國物理學會理事長張杰，香港中文大學校長段崇智，清華大學原校長、高等研究院院長顧秉林在會上致辭。校黨委書記陳旭主持會議。

清華大學美術學院米海鵬副教授受清華大學高等研究院之邀，主持了高研院師生敬獻之賀禮——“楊振寧的世界”的設計工作。

楊振寧先生是享譽世界的物理學家，在近代理論物理領域取得了卓越的成就。經(jīng)高研院翟薈教授、顧秉林院士、李家強副院長及朱邦芬院士等反復商議，基本確立了百歲華誕賀禮作品要突出體現(xiàn)的三個核心要素：對人類文明所做出的科學貢獻、中西融匯的人生經(jīng)歷，以及濃厚的家國情懷。確立了設計思路后，美院團隊和高研院團隊又進一步配合，逐一確定了各個要素的呈現(xiàn)方式。例如，以楊-米爾斯理論的公式代表楊振寧先生的科學貢獻，以一系列年份來代表楊振寧先生的人生經(jīng)歷，用地球的形態(tài)來代表“全人類”。此外，米海鵬副教授還提出要使用投影技術，利用作品的“實”和其光影的“虛”相結合的主要思路，虛實結合，相得益彰。

確立了這些具體元素以后，米海鵬副教授團隊和高研院老師多次開會研討。最終確立由一對設計思路相同，但表現(xiàn)形式不同的作品共同組成的方案。每個作品的主體都是形似“地球”的球體。作品配有投影燈，通過光影效果，兩個球體中的重要文字信息被投影顯示出來，映射作品虛實相生的意境，延展觀者的想象空間。在不打光投影時，這一對作品本身也應該是優(yōu)美的藝術品。其中之一的主體是鏤空經(jīng)緯線的黑色地球，而另一個的主體是整體金屬表面的白色地球。兩件作品一黑一白，一虛一實，暗合中國傳統(tǒng)文化的陰陽哲學。代表楊振寧先生學術成就的楊-米爾斯方程，只有當?shù)厍蜣D動到一個恰當?shù)慕嵌葧r，才會通過投影的方式呈現(xiàn)在投影墻上。而在沒有打開投影的時候，那些公式中的字符則巧妙隱藏在工藝品的不同位置中，給人帶來想象的空間。

數(shù)字建模技術在作品的設計過程中，發(fā)揮了重要的作用。在探求方案細節(jié)階段，數(shù)字建?？梢宰屧O計更加接近實際的想法，將設計師的想法逐漸成型的完善設計構思。在精度要求如此高的作品中，數(shù)字建模更是必不可少的一環(huán)。米海鵬副教授的博士生姚智皓負責數(shù)字建模和燈光模擬工作。他需要在數(shù)字環(huán)境中1：1搭建一個完整的設計方案，并通過不斷調整經(jīng)線、緯線、版圖、字符等等各種要素，既要讓它們呈現(xiàn)出一種靜態(tài)的美感，還要讓它們在光源照射的情況下，完美地把楊-米爾斯方程等關鍵信息投射到墻上。這些要求導致整體設計受到的約束非常多。不僅需要考慮內部的結構，還要注重美感的一致性，更要兼顧投影效果。經(jīng)過不斷推敲打磨模型構思和細節(jié)，最終完成了整體的造型、結構、材料、比例、色彩、肌理、光影等多方面的統(tǒng)一協(xié)調。

數(shù)字建模不僅需要模擬設計的結構本身，還需要模擬電路的搭建以及工藝的選材。從工藝方面來說，數(shù)字建?？梢越o人以最直觀的視覺效果體驗，選用何種材料可以展現(xiàn)何種效果都非常直觀，甚至對于烤漆的顏色，都可以模擬出真實的顏色效果。這也大大減少了試錯的成本，提高了整個團隊整體的效率。比如白色地球的設計方案中，旋轉構件的切割角度選擇非常重要又很難確定。在模擬過程中發(fā)現(xiàn)，弧面切割會導致構件無法旋轉，只能通過直線切割的方式保證構件旋轉的可行性。除此之外，切割還需要控制構件表面美洲板塊所占整體球面面積的比例，如果面積過大會導致電機的受力過大從而不穩(wěn)定。經(jīng)反復模擬實驗，最終將這一切面的夾角確定為42度，也就是最終所呈現(xiàn)的方案。而黑色地球的方案中，為了保證工藝的精度，模型細化到了0.1mm的量級，為后續(xù)工藝的加工提供了完整性方案。每一根經(jīng)緯線的旋轉角度和位置都經(jīng)過了模型中的數(shù)輪調整，才確定了最終形態(tài)。

將這一獨特的作品實現(xiàn)，需要分別解決電路工藝和金屬加工工藝兩方面的問題。

電路工藝方面，首先是在投影燈的選擇上，為了最好的投影效果，需要使用盡可能接近點光源的光源。設計團隊在進行逐一測試排查后，挑出了投影效果最好的投影燈。但是，投影燈本身的散熱也是需要解決的問題，在測試初期，投影燈不能連續(xù)點亮超過5分鐘，否則一定會燒掉控制電路板。為此，團隊專門找到一款專用驅動板，用來調控電流，并增加散熱模塊，才得以解決這個問題。關于供電方式，也有很多細節(jié)的考慮，為了讓作品看起來更是一個純粹的工藝品，團隊提出了不能使用一根外露導線的要求。對于白色地球方案，這一要求尤為困難。因為球體內藏著電機，要供電，還不能連導線，幾乎是無法做到。最終團隊采用了無線電源傳輸?shù)姆桨?，?jīng)過細致的測算，使得作品精確放置在底座之上時，就可以實現(xiàn)機構旋轉和投影的效果。

要將這樣獨特大膽的設計方案呈現(xiàn)出來，更需要有頂尖的金屬加工工藝的支撐。這需要考慮到材料的機械特性和加工工藝，怎么把它高水準地制做出來，成了團隊眼前的大問題。米海鵬邀請到美術學院工藝美術系的王曉昕副教授擔任工藝技術顧問，王曉昕邀請了一位他曾指導過的學生陸勇來解決具體的傳統(tǒng)金屬工藝加工問題?，F(xiàn)任中國工藝美術協(xié)會金屬藝術專業(yè)委員會委員的陸勇曾經(jīng)在清華美術學院進修，他和他的團隊擅長高難度的銑切削焊等加工工藝。然而此次作品本身的難度，還是讓陸勇感受到了很大壓力。這個作品不僅需要藝術表現(xiàn)力，還需要和科技相結合，需要非常高的精密度以及精巧的結構，還要集成團隊從來沒有涉足過的電子控制系統(tǒng)。

由于需要采用鈦合金材質加工，又給工藝團隊帶來了更大的困難。鈦合金導熱性能差，不易于銑削等加工，在之前行業(yè)內幾乎很少有大尺寸鈦合金一體銑削制造的先例。工藝團隊在實現(xiàn)過程中，克服了諸多困難，產(chǎn)生了很多創(chuàng)新的方法，最終完成了作品的制作實現(xiàn)。

鈦合金容易在焊接點產(chǎn)生反應，使其脆化，這就容易導致已經(jīng)做好了的焊接，在后期發(fā)生折斷或者損壞。在黑色地球的方案中，楊-米爾斯公式的字符需要采用鏤空焊接的工藝。焊接連接的部分只是一個極小的橫切面，這對焊接就造成了非常大的困難。作品的投影特性，也使得字母并不是焊接上就可以了，而是需要焊點能夠非常精準地還原投影效果。為此，工藝團隊只能在晚上焊接。在沒有環(huán)境光線影響的情況下，打開投影燈光，就著投影燈光效果焊接。

白色地球方案的工藝難點在于“銑削”。白色地球球體的材料是鈦合金，其內部中空，一是為了球體減重，二是需要在球體內部放置電機、控制器等電路系統(tǒng)，以支持球體旋轉部分的運動。外觀上雖然看起來像是兩個部件，其實是用四塊實心的材料，銑削成中空殼體之后，再分別焊接組裝。而最終的球殼璧厚達到了5mm到6mm，對于這樣的銑削厚度，在直徑30cm的鈦合金球體這么大體量的加工下是有極大的困難的。鈦合金在車床上加工過程中容易產(chǎn)生共振，從而使刀具的刃口迅速磨損、崩裂、并生成積屑瘤，又使切削區(qū)域產(chǎn)生更多的熱量，進一步縮短刀具壽命。經(jīng)過團隊不斷地摸索調整，終于戰(zhàn)勝了這一工藝難題，完成了加工。

9月22日活動結束之后， 高研院翟薈教授攙扶著楊振寧先生走出會場。路上，楊先生關切地問起，這兩件工藝品是怎么制作出來的？是不是用了電腦建模的技術，使用了什么材料進行加工等等。設計團隊的每個人都對于楊先生對這份賀禮的關注感到非常興奮，也驚訝于楊先生觀察之細致，思維之清晰。

“楊振寧的世界”是一座橋梁搭建在先生與后輩之間的橋。在這份賀禮中所大膽嘗試的新方法、新工藝，也體現(xiàn)著后輩們對于楊先生所提倡的科學與藝術相互啟發(fā)之理念，以及勇攀高峰之創(chuàng)新精神的探索與踐行。

策劃

米海鵬 翟薈

設計

米海鵬 姚智皓

工藝顧問

王曉昕

工藝制作

陸勇

控制技術

肖文鵬 沈祥佑

測試保障

高明月 吳昊

資料提供：

信息藝術設計系米海鵬副教授

撰稿：李安吉