Технологии спустя 40 лет реализовали революционный дизайн молнии

В 1985 году профессор Массачусетского технологического института (MIT) Уильям Фримен предложил концепцию трёхсторонней молнии, способной мгновенно изменять жёсткость объектов, превращая мягкие материалы в жёсткие конструкции. Однако в то время отсутствовали технологии для реализации этой идеи.

Идея Фримена была представлена в ответ на объявление Innovative Design Fund в журнале Scientific American, где предлагался приз до 10 000 долларов за инновационные решения в области одежды, текстиля и домашнего дизайна. Его прототип представлял собой треугольную молнию с тремя гибкими лентами, оснащёнными узкими деревянными «зубьями», которые при сдвигании образовывали жёсткую треугольную трубку. Несмотря на отказ, Фримен запатентовал изобретение и сохранил прототип в гараже.

Спустя почти 40 лет учёные из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта MIT (CSAIL) возродили эту идею, стремясь создать объекты с регулируемой жёсткостью. Ранее применявшиеся методы изменения жёсткости были либо необратимыми, либо требовали ручной сборки. В ответ CSAIL разработала автоматизированный инструмент проектирования и адаптивный крепёж под названием «Y-zipper».

Программное обеспечение позволяет создавать индивидуальные трёхсторонние молнии, которые затем автоматически изготавливаются на 3D-принтере из пластика. Такие крепления можно интегрировать в туристическое снаряжение, медицинские устройства, роботов и арт-объекты, облегчая их сборку.

Исследователь Jiaji Li, ведущий автор открытой статьи о проекте, отметил, что обычная молния подходит для плоских предметов, но механизм Фримена с помощью современных технологий способен трансформировать более сложные объекты. Созданный процесс позволяет быстро переключать объекты из гибкого состояния в жёсткое с гарантией работоспособности в реальных условиях.

В программном обеспечении CSAIL пользователи могут задавать внешний вид молнии в закрытом состоянии, длину каждой ленты, направление и угол изгибов, а также выбирать один из четырёх базовых типов движения: прямой, изогнутый дугой, свернутый в пружину или закрученный как винт.

Физически Y-zipper меняет форму: в открытом состоянии он напоминает кальмара с тремя вытянутыми щупальцами, а в закрытом — сжимается в более компактную структуру, например, стержень. Такая гибкость полезна для туристического снаряжения. Например, установка палатки с Y-zipper заняла 1 минуту 20 секунд вместо обычных шести минут: каждая «рука» молнии крепится к стороне палатки, поддерживая конструкцию сверху и фиксируя тент.

Плавное переключение между мягким и жёстким состоянием может применяться для создания регулируемых носимых устройств, в частности медицинских. Команда обернула Y-zipper вокруг гипсовой повязки на запястье, позволяя пользователю ослаблять её днём и затягивать ночью для предотвращения травм. Таким образом жёсткое устройство становится более адаптивным под нужды пациента.

Система также позволяет создавать движущиеся объекты с управлением нажатием кнопки. После изготовления к молнии можно подключить мотор для автоматического закрытия. Исследователи использовали этот подход для создания адаптивного четырёхногого робота, способного изменять длину ног, удлиняя их или сокращая, чтобы легче передвигаться по пересечённой местности. Моторизированные Y-zipper также применяются в движущихся арт-инсталляциях, например, в длинном цветке, который «распускается» при закрытии молнии мотором.

Для проверки надёжности команда провела испытания на прочность, сравнивая два пластика — полилактид (PLA) и термопластичный полиуретан (TPU), часто используемые в 3D-печати. Машина сгибала молнии вниз, показав, что PLA выдерживает большие нагрузки, а TPU обладает большей гибкостью.

В другом тесте приводной механизм многократно открывал и закрывал молнию до поломки, которая наступила после примерно 18 000 циклов. По 3D-моделированию, прочность обеспечивается эластичной структурой, равномерно распределяющей нагрузку.

Несмотря на успехи, Jiaji Li видит потенциал для создания более прочных версий из металла и масштабирования молний для крупных проектов, хотя текущая 3D-печать таких размеров не поддерживает.

Li также выделил перспективы использования Y-zipper в космических исследованиях, например, для интеграции в космические аппараты с целью сбора образцов горных пород. Аналогичные крепления могут применяться в конструкциях для быстрой сборки, облегчая развертывание убежищ и медицинских палаток в чрезвычайных ситуациях.

Ассистент профессор Гуаньюн Ван из Университета Чжэцзян, не участвовавший в исследовании, отметил, что переосмысление обычной молнии для трёхмерных морфологических переходов — это блестящий подход к динамической сборке. Он подчеркнул, что разработка эффективно соединяет мягкие и жёсткие состояния, предлагая масштабируемый и инновационный метод изготовления, который будет полезен для будущего дизайна воплощённого интеллекта.

Исследование «Y-zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly» подготовили Jiaji Li, Xiang Chang, Mingming Li, Dingning Cao, Maxine Perroni-Scharf, Jeremy Mrzyglocki, Takumi Yamamoto, William Freeman и Stefanie Mueller. Работа была представлена 13 апреля 2026 года на конференции CHI ’26 по взаимодействию человека и компьютера. DOI: 10.1145/3772318.3790723.

Проект частично поддержан постдокторской стипендией Университета Чжэцзян и программой MIT-GIST.

Результаты исследования были представлены на конференции ACM по взаимодействию человека и компьютера (CHI) в апреле 2026 года.