Le « Y-zipper » révolutionnaire imaginé il y a 40 ans enfin réalisable grâce à la technologie

Bien avant que les robots capables de changer de forme et les structures auto-assemblantes ne deviennent des objectifs en ingénierie, un professeur du MIT avait déjà conçu un concept de fermeture éclair capable de transformer des matériaux souples en formes rigides à la demande. En 1985, la technologie nécessaire pour concrétiser cette idée n’existait pas encore.

Cette année-là, le fonds Innovative Design Fund avait lancé une offre dans Scientific American proposant jusqu’à 10 000 dollars pour des idées innovantes dans les domaines du vêtement, du textile et du design domestique. William Freeman, alors ingénieur en électronique chez Polaroid et futur docteur du MIT, avait soumis un concept inédit : une fermeture éclair à trois côtés capable de faire passer instantanément un objet d’un état souple à un état rigide. Plutôt que de fermer des vêtements, Freeman imaginait cette fermeture pour permettre à des objets comme des tentes, des chaises ou des sacs de se replier à plat pour le transport, puis de se verrouiller en structures tridimensionnelles solides une fois fermés.

Son prototype ressemblait à une fermeture éclair triangulaire classique. Trois bandes flexibles munies de petites dents en bois pouvaient être rapprochées grâce à un mécanisme coulissant, formant ainsi un tube triangulaire rigide. L’idée fut rejetée, mais Freeman déposa un brevet et conserva le prototype dans son garage, persuadé qu’il trouverait un jour une application.

Quarante ans plus tard, des chercheurs du Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) du MIT ont repris ce concept en cherchant à créer des objets à rigidité modulable. Les méthodes précédentes pour modifier la rigidité étaient soit difficiles à inverser, soit nécessitaient un assemblage manuel. CSAIL a développé un outil de conception automatisé ainsi qu’une fermeture adaptable baptisée « Y-zipper ».

Le logiciel permet aux utilisateurs de concevoir des fermetures à trois côtés personnalisées, qui sont ensuite fabriquées automatiquement en plastique via une imprimante 3D. Ces fermetures peuvent être intégrées à des équipements de camping, des dispositifs médicaux, des robots ou des installations artistiques pour faciliter leur montage.

« Une fermeture classique est parfaite pour fermer des objets plats, comme une veste, mais Freeman a imaginé quelque chose de plus dynamique. Grâce aux technologies actuelles de fabrication, son mécanisme peut transformer des objets plus complexes », explique Jiaji Li, chercheur postdoctoral au MIT et coauteur d’un article en libre accès présentant le projet. « Nous avons mis au point un procédé qui permet de passer rapidement d’un état flexible à rigide, avec la garantie d’une fonctionnalité réelle. »

Dans le logiciel CSAIL, l’utilisateur choisit la forme que prendra la fermeture une fois fermée, la longueur de chaque bande ainsi que la direction et l’angle de leurs courbures. Quatre modes de mouvement définissent la forme finale : droite, arquée, enroulée comme un ressort ou torsadée comme une vis.

Le Y-zipper fini semble changer de forme dans le monde physique. Ouvert, il s’étale comme un calmar aux trois tentacules déployés. Fermé, il se resserre en une structure plus compacte, telle une tige. Cette flexibilité est utile pour les équipements de voyage et de plein air. Monter une tente seul peut prendre jusqu’à six minutes, mais avec le Y-zipper, l’opération s’est réduite à une minute vingt secondes. Chaque bras se fixe à un côté de la tente, soutenant la structure par le haut et permettant à la fermeture de verrouiller efficacement la toile.

Cette transition fluide entre souplesse et rigidité pourrait aussi améliorer les dispositifs portables ajustables, notamment en usage médical. L’équipe a enroulé un Y-zipper autour d’un plâtre au poignet, permettant au patient de le desserrer le jour et de le serrer la nuit pour limiter les risques de blessure supplémentaire. Ainsi, un dispositif normalement rigide devient plus confortable et adaptable aux besoins du patient.

Le système facilite aussi la création de technologies mobiles activées par simple pression d’un bouton. Après fabrication, un moteur peut être ajouté au Y-zipper pour automatiser la fermeture. Les chercheurs ont utilisé cette technique pour concevoir un robot quadrupède adaptatif capable de modifier la longueur de ses pattes, se redressant ou s’abaissant selon la situation. Ces changements rapides de forme pourraient aider les robots à évoluer sur des terrains accidentés comme des canyons ou des forêts. Les Y-zippers motorisés peuvent aussi animer des installations artistiques, comme une longue fleur sinueuse qui « s’ouvre » lorsque le moteur fixe ferme la fermeture.

Pour tester la durabilité du Y-zipper, l’équipe a réalisé plusieurs essais. Ils ont comparé le polylactide (PLA) et le polyuréthane thermoplastique (TPU), deux plastiques couramment utilisés en impression 3D. Un appareil a plié les Y-zippers vers le bas, montrant que le PLA supportait des charges plus lourdes tandis que le TPU offrait plus de flexibilité.

Dans un autre test, un actionneur a ouvert et fermé la fermeture jusqu’à sa rupture, survenue après environ 18 000 cycles. Des simulations 3D ont révélé que la résistance provient de sa structure élastique, qui répartit mieux les contraintes sous forte charge.

Malgré ces résultats, Jiaji Li estime qu’une version plus robuste en métal pourrait être développée. L’équipe envisage aussi d’agrandir les fermetures pour des projets plus vastes, bien que leur système actuel d’impression 3D ne permette pas encore cette taille.

Li évoque également des usages encore peu explorés. Dans l’exploration spatiale, les bras du Y-zipper pourraient être intégrés à un vaisseau pour collecter des échantillons rocheux. Des fermetures similaires pourraient aussi équiper des structures à montage rapide, aidant les équipes de secours à déployer rapidement abris ou tentes médicales après des catastrophes.

« Réinventer une fermeture ordinaire pour gérer des transitions morphologiques 3D est une approche brillante pour l’assemblage dynamique », souligne Guanyun Wang, professeur assistant à l’université de Zhejiang, qui n’a pas participé à l’étude. « Surtout, cela comble efficacement le fossé entre états souples et rigides, offrant une méthode de fabrication innovante et très évolutive qui profitera grandement à la conception future de l’intelligence incarnée. »

L’étude intitulée « Y-zipper : mécanisme de transition flexible-rigide imprimé en 3D pour un assemblage rapide et réversible » a été publiée le 13 avril 2026 dans les actes de la conférence CHI ’26 sur les facteurs humains en informatique. Elle est signée par Jiaji Li, Xiang Chang, Mingming Li, Dingning Cao, Maxine Perroni-Scharf, Jeremy Mrzyglocki, Takumi Yamamoto, William Freeman et Stefanie Mueller.

Ce travail a bénéficié, en partie, d’une bourse postdoctorale de l’université de Zhejiang et du programme MIT-GIST.

Les résultats ont été présentés en avril lors de la conférence ACM sur l’interaction homme-machine (CHI) dédiée aux facteurs humains en systèmes informatiques.