40 年前技術做不到！MIT 如今靠 3D 列印，成功重現「Y 型拉鍊」結構

麻省理工學院（MIT）研究人員透過 3D 列印技術，重新實現一項已有 40 年歷史的三角形拉鍊概念，即所謂的「Y 型拉鍊」（Y-Zipper），這種拉鍊可用於製造變形機器人與可展開式結構，能將柔軟的觸手狀結構變成堅硬的樑柱。

MIT 電腦科學與人工智慧實驗室（CSAIL）研究團隊開發出一種三邊式拉鍊機構，可在數秒內將 3D 列印的柔性結構轉變為具承重能力的剛性結構。這種 Y 型拉鍊結構能快速組裝成樑柱、拱形結構、機器人肢體與可展開式框架，未來有望應用於自適應機器人、快速部署式帳篷，以及可重新配置的醫療裝置。

跟傳統 2D 結構不同，Y 型拉鍊能將三條柔性支臂結合成一個剛性的 3D 三角形管狀結構。當拉鍊打開時，整體結構就像柔軟塑膠條或軟觸手，每條支臂都能獨立彎曲與扭轉；一旦透過專用滑塊將其拉合，三條支臂便會互相咬合，形成類似樑柱的堅硬結構，可承受外部載重。

這個概念最早由 MIT 教授 William Freeman 於 1985 年提出。他當時構想利用三角形拉鍊系統快速組裝帳篷、家具與容器等物件，雖然申請了專利，但受限於當時製造技術不足，設計始終無法實現。近四十年後，隨著 3D 列印與計算設計工具成熟，研究人員終於有機會實現這項構想。

CSAIL 團隊也開發了軟體，讓使用者能自訂拉鍊閉合後的結構行為。根據支臂設計不同，系統可形成直桿、拱形、螺旋狀甚至類似螺絲的扭曲結構。整套系統，包括三條支臂與滑塊，皆以常見聚合物材料透過 3D 列印一次成形。

這種能在柔軟與剛硬狀態間切換的能力，對機器人與可展開式系統特別重要。該團隊也測試 Y 型拉鍊在可展開式結構中的應用，其中一項展示是快速組裝帳篷結構，三邊拉鍊同時扮演支撐骨架與連接系統。研究人員指出，搭建時間從原本約六分鐘縮短至一分二十秒，因為拉鍊能直接讓整體結構卡入定位。

研究團隊展示了 Y 型拉鍊用於機器人和可調式手腕護具的可能性。此外，經耐久測試顯示，該機構可承受約 18,000 次拉合循環後才出現故障。研究人員表示，其彈性結構能將應力分散至整個系統，而非集中於單一位置，因此提升耐用度。

研究人員也提出航太應用可能性，包括可展開式太空結構，以及能在探測任務中抓取岩石樣本的機器人系統。目前該研究已於四月發表，論文題為《Y-Zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly》。