Di laboratorium MIT, sebuah mekanisme cetak 3D berhasil mengubah struktur yang awalnya lentur menjadi rangka kaku hanya dalam hitungan detik. Sistem ini bernama Y-Zipper, dan daya tarik utamanya terletak pada satu sambungan yang dapat menjalankan dua fungsi sekaligus: tetap fleksibel saat dirakit, lalu mengunci diri menjadi penopang yang kuat ketika dibutuhkan.
Pendekatan ini menarik perhatian karena ditujukan untuk banyak kebutuhan teknis sekaligus. Y-Zipper diarahkan untuk merakit balok, lengkungan, lengan robot, hingga rangka deployable yang bisa dibuka dengan cepat.
Dari gagasan lama yang lama tertunda
Ide dasarnya ternyata bukan hal baru. William Freeman, profesor MIT, sudah mengusulkan zipper triangular pada 1985 untuk tenda, furnitur, dan kontainer, tetapi saat itu desain tersebut belum praktis karena keterbatasan manufaktur.
Freeman kemudian mematenkan konsep itu dengan harapan teknologi fabrikasi akan menyusul. Baru hampir empat dekade kemudian, printer 3D modern dan perangkat desain komputasional membuat gagasan itu bisa dihidupkan kembali secara serius.
Cara kerja tiga lengan yang saling mengunci
Berbeda dari zipper biasa yang menyatukan dua permukaan datar, Y-Zipper menghubungkan tiga lengan fleksibel menjadi tabung segitiga tiga dimensi. Dalam kondisi terbuka, bentuknya bisa bergerak seperti strip plastik lunak atau tentakel yang menekuk dan berputar.
Saat slider khusus menutupnya, ketiga lengan itu saling mengunci dan membentuk struktur kaku seperti balok. Tim MIT memanfaatkan prinsip sederhana bahwa segitiga secara alami lebih stabil daripada bentuk datar atau persegi panjang.
Bentuknya bisa diatur sesuai tugas
Tim dari Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory MIT juga menyiapkan perangkat lunak untuk mengatur perilaku zipper setelah dirakit. Dengan desain lengan yang berbeda, mekanisme ini dapat dibentuk menjadi batang lurus, lengkungan, spiral, atau struktur mirip sekrup yang terpilin.
Seluruh sistem, termasuk tiga lengan dan slider, dibuat sepenuhnya lewat pencetakan 3D dengan material polimer umum. Cara ini membuat prototipe lebih mudah diproduksi dan lebih mudah disesuaikan untuk kebutuhan yang berbeda.
Menjembatani robot lunak dan robot kaku
Kemampuan berpindah dari lunak ke kaku menjadi penting bagi robotika dan sistem deployable. Robot lunak cocok untuk lingkungan yang tidak terduga, tetapi sering kurang kuat, sedangkan robot kaku stabil namun kurang lentur.
MIT mencoba menggabungkan kelebihan keduanya dalam desain yang sama. Dalam demonstrasi, tim membuat robot berkaki empat yang tinggi dengan kekakuan kaki yang bisa berubah lewat motor yang mengaktifkan mekanisme zipper.
Diuji pada rangka tenda dan alat bantu medis
Pada pengujian struktur deployable, tim memakai Y-Zipper untuk merakit rangka mirip tenda. Mekanisme tiga sisi itu berfungsi sekaligus sebagai rangka penopang dan sistem penyambung, sehingga waktu pemasangan turun dari sekitar enam menit menjadi satu menit 20 detik.
Tim juga membuat prototipe wrist cast yang bisa dilonggarkan pada siang hari agar lebih nyaman, lalu dikencangkan lagi pada malam hari untuk memberi dukungan. Di luar teknik, mekanisme ini juga dipakai untuk menghasilkan struktur bergerak dalam seni dan desain, termasuk prototipe bunga mekanis yang mekar saat motor menarik struktur ke atas.
Uji ketahanan dan arah pengembangan
Dalam pengujian daya tahan, mekanisme ini bertahan sekitar 18.000 siklus buka-tutup sebelum gagal. Para peneliti menjelaskan bahwa perilaku elastis struktur membantu menyebarkan tegangan ke seluruh rangka, bukan menumpuknya di satu titik.
Mereka juga menguji versi yang dibuat dari PLA dan TPU, dua material populer untuk pencetakan 3D. PLA lebih baik menahan beban berat, sedangkan TPU memberi fleksibilitas lebih besar.
Ke depan, tim menilai versi berikutnya bisa memakai material yang lebih kuat seperti logam dan dibuat jauh lebih besar. Mereka juga menyebut kemungkinan penggunaan di bidang kedirgantaraan, termasuk struktur pesawat ruang angkasa deployable dan sistem robotik untuk mengambil sampel batu dalam misi eksplorasi.
Temuan ini dipresentasikan di ACM Conference on Human Factors in Computing Systems atau CHI pada April, melalui makalah berjudul “Y-Zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly.” Dengan geometri segitiga, pencetakan 3D, dan desain yang bisa dibalik, Y-Zipper membuka jalur baru untuk mesin yang dapat berubah bentuk sesuai tugasnya.
