一個被擱置近40年的發明構想，如今終於藉助現代技術重煥生機。
1985年，創新設計基金在《科學美國人》雜誌刊登廣告，面向公眾徵集服裝、家居和紡織品領域的創意原型，獎金最高達1萬美元。時任寶麗來電氣工程師、現任麻省理工學院教授的威廉·弗里曼（William Freeman）看到廣告後，提交了一個獨特的想法：一種三邊拉鏈。這種拉鏈並非用於固定褲子，而是像開關一樣，讓椅子、帳篷和手提包在柔軟與堅硬兩種狀態之間無縫切換，從而更便於收納和組裝。
弗里曼的設計方案與普通拉鏈相似，但呈三角形結構：三側各有一條帶子，將細小的"齒"連接在一起，滑動件沿裝置移動時可將三條帶子鎖定成三角管狀。儘管方案最終未獲批准，弗里曼仍為其申請了專利，並將原型存放在車庫，期待有朝一日能派上用場。
近40年後，麻省理工學院電腦科學與人工智慧實驗室（CSAIL）的研究人員決定重啟這一項目，致力於開發具備"可調剛度"特性的物品。此前的相關嘗試要麼無法輕鬆復原，要麼需要手動組裝。為此，CSAIL團隊開發了一套自動化設計工具和可適配的緊固裝置，命名為"Y形拉鏈"。該軟體程序幫助用戶自定義三邊拉鏈的結構，然後通過3D印表機以塑料材料自動製造。這些裝置可附加或嵌入露營設備、醫療器械、機器人和藝術裝置中，使組裝過程更加便捷。
麻省理工學院博士後、CSAIL研究員李嘉驥表示："普通拉鏈非常適合封合夾克等扁平物品，但弗里曼設想了一種更具動態特性的裝置。藉助當前的製造技術，他的機械結構可以改變形態更複雜的物品。我們開發了一套流程，能夠製造出可在柔軟與堅硬之間快速切換的物品，並且可以確保它們在現實場景中正常運作。"李嘉驥是發表該項目的開放獲取論文的第一作者。
為何選擇拉鏈？
用戶可以在CSAIL的軟體程序中自定義拉鏈合攏後的形態，可選擇每條帶子的長度以及彎曲的方向和角度，還可從四種運動"基元"中選擇拉鏈合攏後的形狀：直線形、彎曲形（類似拱形）、螺旋形（類似彈簧）或扭轉形（類似螺絲）。
由此得到的Y形拉鏈在現實中呈現出"變形"效果：展開時形似觸鬚四散的烏賊，合攏後則變成更緊湊的結構（例如棒狀）。這種靈活性在旅行時尤為實用。以搭建帳篷為例，通常需要耗時約六分鐘，而藉助Y形拉鏈，只需一分二十秒即可完成——只需將每條臂連接到帳篷的一側，從頂部支撐結構，拉鏈便能將頂篷彈出定型。
這種無縫切換能力還能拓展可穿戴設備的應用場景，尤其在醫療領域頗具價值。研究團隊將Y形拉鏈纏繞於腕部固定夾板，患者白天可鬆開，夜間合攏以防止傷勢加重，使看似堅硬的設備變得更加舒適，能根據患者需求進行調節。
該系統還能幫助用戶製造按下按鈕即可運動的裝置。製造完成後，可為Y形拉鏈附加電機以實現自動化開合，進而構建自適應四足機器人。該機器人有望改變腿部尺寸，收緊時變為更高的肢體，展開時降低重心，最終有助於機器人在峽谷或森林等崎嶇地形中探索。通過電機驅動的Y形拉鏈，還可製作動態藝術裝置——研究團隊就創作了一朵蜿蜒的長花，藉助靜態電機驅動拉鏈合攏，實現了"綻放"效果。
材料性能的突破
儘管研究團隊看到了Y形拉鏈的創意潛力，其耐久性仍是一個待解的問題：它能否承受日常使用的磨損？
為此，研究團隊進行了一系列壓力測試。首先，他們評估了聚乳酸（PLA）和熱塑性聚氨酯（TPU）這兩種3D列印常用塑料的強度與柔韌性。通過反覆彎折Y形拉鏈的測試發現，PLA能承受較重的載荷，TPU則更具延展性。
另一項實驗中，CSAIL研究人員使用執行器持續開合Y形拉鏈，以測試其斷裂所需的循環次數。結果顯示，拉鏈在約18,000次開合循環後才最終斷裂。3D模擬揭示了Y形拉鏈耐久性的奧秘：其彈性結構能有效分散重載荷帶來的應力。
儘管取得了上述成果，李嘉驥仍希望未來能使用金屬等更堅固的材料製造三邊拉鏈。此外，他們也考慮將拉鏈做得更大以適應更大規模的項目，但受限於現有3D列印平台，這一目標暫時還無法實現。
李嘉驥還指出，仍有一些應用場景有待探索，例如太空探索
——可將Y形拉鏈的觸臂內置於太空飛行器，用於抓取附近的岩石樣本。同樣，該拉鏈還可嵌入可快速組裝的結構中，幫助救援人員在自然災害和救援行動中迅速搭建避難所或醫療帳篷。
浙江大學助理教授王冠雲（未參與該論文）評價道："將日常拉鏈重新構想以應對三維形態轉變，是一種極具創意的動態組裝思路。更重要的是，它有效彌合了軟硬狀態之間的鴻溝，提供了一種高度可擴展的創新製造方法，將極大推動具身智能的未來設計。"
論文的合著者包括：天津大學博士生常翔、麻省理工學院CSAIL博士生馬克西恩·佩羅尼-沙夫（Maxine Perroni-Scharf）、大學生曹定寧、訪問研究員李明明（浙江大學）、傑里米·姆日格洛茨基（慕尼黑工業大學）和山本拓海（慶應義塾大學），以及麻省理工學院副教授、CSAIL首席研究員兼論文通訊作者史蒂芬妮·穆勒（Stefanie Mueller）。研究得到了浙江大學博士後研究獎學金及麻省理工學院-光州科技院（MIT-GIST）項目的部分資助。
該研究於今年4月在美國電腦協會電腦-人機交互（CHI）大會上正式發表。
Q&A
Q1：Y形拉鏈和普通拉鏈有什麼區別？
A：普通拉鏈是二維的，主要用於封合夾克等扁平物品。Y形拉鏈是三邊結構，呈三角形，合攏後可將物體從柔軟狀態轉變為堅硬狀態，適用於帳篷、醫療夾板、機器人等需要在軟硬之間快速切換的場景，使用更加靈活，適用範圍也更廣。
Q2：Y形拉鏈的耐久性怎麼樣？能用多久？
A：研究團隊通過壓力測試發現，Y形拉鏈在約18,000次開合循環後才最終斷裂，說明其具備較高的耐久性。其彈性結構能有效分散重載荷帶來的應力。目前使用的是PLA和TPU兩種塑料材料，未來團隊計劃探索金屬等更堅固的材料以進一步提升耐久性。
Q3：Y形拉鏈未來有哪些應用方向？
A：除了露營裝備、醫療器械和機器人，研究人員還設想了更多應用場景，包括太空探索（內置於太空飛行器用於抓取岩石樣本）、災害救援（幫助快速搭建避難所或醫療帳篷）以及動態藝術裝置。未來隨著材料升級和3D列印平台的改進，Y形拉鏈的應用潛力有望進一步擴大。
