Para peneliti MIT menghidupkan kembali konsep zipper segitiga yang sempat tertunda hampir 40 tahun, lalu mengubahnya menjadi mekanisme cetak 3D yang bisa membuat struktur lembek berubah menjadi rangka kaku dalam hitungan detik. Teknologi ini disebut Y-Zipper dan diarahkan untuk merakit balok, lengkungan, lengan robot, hingga rangka deployable yang bisa dibuka cepat.
Daya tarik utamanya ada pada satu komponen yang bisa menjalankan dua peran sekaligus. Saat dibutuhkan, sambungan itu tetap lentur, lalu setelah dikunci, struktur yang sama berubah menjadi penyangga yang kuat untuk berbagai kebutuhan teknis.
Ide lama yang baru menemukan momentumnya
Gagasan awal Y-Zipper datang dari William Freeman, profesor MIT, pada 1985. Ia mengusulkan sistem zipper triangular untuk merakit tenda, furnitur, dan kontainer, tetapi keterbatasan manufaktur saat itu membuat desain tersebut belum praktis.
Freeman mematenkan desain itu dengan harapan teknologi fabrikasi akan menyusul. Baru setelah hampir empat dekade, printer 3D modern dan perangkat desain komputasional membuat ide tersebut bisa digarap kembali secara serius.
Cara kerja mekanisme segitiga
Berbeda dari zipper biasa yang menyatukan dua permukaan datar dalam dua dimensi, Y-Zipper menghubungkan tiga lengan fleksibel menjadi tabung segitiga tiga dimensi. Dalam keadaan terbuka, strukturnya bergerak seperti strip plastik lunak atau tentakel yang bisa menekuk dan berputar secara mandiri.
Saat ditutup dengan slider khusus, ketiga lengan itu saling mengunci dan membentuk struktur kaku seperti balok. Tim MIT menyebut pendekatan ini memanfaatkan prinsip struktur yang sudah lama dikenal, karena segitiga secara alami lebih stabil daripada bentuk datar atau persegi panjang.
Bisa disetel sesuai kebutuhan
Tim dari Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory MIT juga membuat perangkat lunak untuk mengatur perilaku zipper setelah dirakit. Dengan pengaturan desain lengan yang berbeda, mekanisme ini bisa 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.
Jembatan antara robot lunak dan robot kaku
Kemampuan berpindah antara keadaan lunak dan kaku menjadi penting untuk 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 menjembatani dua kebutuhan itu lewat desain yang sama. Dalam demonstrasi, tim membuat robot berkaki empat yang tinggi dan kekakuan kakinya bisa berubah lewat motor yang mengaktifkan mekanisme zipper.
Dari rangka tenda sampai alat medis
Pada pengujian struktur deployable, tim menggunakan 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 dipakai untuk menghasilkan struktur bergerak dalam seni dan desain, termasuk prototipe bunga mekanis yang mekar saat motor menarik struktur ke atas.
Ketahanan, material, dan peluang berikutnya
Dalam uji 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, dan dijelaskan dalam makalah berjudul “Y-Zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly.” Dengan kombinasi geometri segitiga, pencetakan 3D, dan desain yang dapat dibalik, Y-Zipper membuka jalur baru untuk mesin yang bisa berubah bentuk sesuai tugasnya.
