Jako że o robotyce, materiałach programowalnych i druku 3D piszę od dawna, to coraz częściej mam wrażenie, że wiele “nowych” technologii jest w praktyce drugim życiem bardzo starych pomysłów. Trudno się temu dziwić, bo niektóre wynalazki nie przegrywają dlatego, że są głupie, a dlatego, że trafiają na świat, który nie ma jeszcze narzędzi, materiałów albo procesów produkcyjnych zdolnych wyciągnąć z nich pełny sens. Spotkało to właśnie trójstronny zamek błyskawiczny, któremu naukowcy z MIT zapewnili drugą młodość, bo nie chodzi tutaj o byle zapinanie kurtki, plecaka czy spodni. Tym razem chodzi o pomysł, w którym zamek błyskawiczny staje się przełącznikiem między obiektem miękkim i sztywnym.
Pomysł z 1985 roku wraca, bo druk 3D wreszcie dorósł do zadania
W 1985 roku Innovative Design Fund umieścił w “Scientific American” ogłoszenie z ofertą wsparcia do 10000 dolarów dla ciekawych prototypów z obszaru ubrań, wystroju domu i tekstyliów. William Freeman, pracujący wtedy jako inżynier elektryk w Polaroidzie, odpowiedział pomysłem, który z perspektywy tamtych czasów musiał wyglądać jak coś z pogranicza sprytu i przesady: trójstronnym zamkiem błyskawicznym. Nie chodziło mu jednak o coś prostego pokroju lepszego zapięcia do odzieży. Jego projekt przypominał bowiem zwykły zamek, ale z trzema stronami, które po zapięciu tworzyły sztywną, trójkątną rurkę.
Czytaj też: Nie uwierzysz, jak ważna jest ta technologia. Wiem o tym po latach pisania o wojnach
W pierwotnym prototypie znalazły się pasy, drewniane “zęby” i suwak obejmujący całą strukturę. Po przesunięciu suwaka trzy paski miały łączyć się w jeden stabilniejszy element. Pomysł ten jednak odrzucono, a Freeman opatentował prototyp i odłożył go do garażu. Brzmi to więc jak typowa tandetna anegdota o wynalazcy, który wyprzedził swoje czasy, ale w tym akurat przypadku taki banał ma sens. Bez dzisiejszego projektowania komputerowego i druku 3D taka konstrukcja była zbyt niewygodna w produkcji, zbyt trudna do dopasowania i prawdopodobnie zbyt kapryśna, by wejść do praktycznego użytku.
Dopiero teraz badacze z MIT CSAIL wrócili do tej koncepcji i zbudowali wokół niej trójstronny zamek (Y-zipper) projektowany cyfrowo i wytwarzany z tworzyw sztucznych na drukarce 3D. W tym właśnie miejscu zaczyna się część, którą uważam za kluczową dla tego wyczynu naukowców. Nie sama geometria jest tu najważniejsza, ale proces. Program pozwala bowiem dobrać długość poszczególnych pasków, ich kierunek, kąt zgięcia oraz jeden z czterech podstawowych typów ruchu: prosty, zgięty, zwinięty albo skręcony. W praktyce użytkownik nie projektuje więc “zamka”, tylko mechanizm zmiany kształtu, który korzysta z pomysłu sprzed dekad.
To nie jest suwak do kurtki, tylko istny “przełącznik sztywności”
Klasyczny zamek błyskawiczny świetnie radzi sobie z łączeniem dwóch płaskich części. W kurtce, torbie czy etui działa idealnie właśnie dlatego, że jego zadanie jest proste – ma “łatać i otwierać dziurę”. Y-zipper próbuje zrobić coś bardziej ambitnego, bo po zapięciu trzech ramion może zmienić wiotką strukturę w sztywniejszy element przestrzenny. Jednak już po rozpięciu może znów wrócić do formy miękkiej, łatwiejszej do spakowania, ułożenia albo dostosowania do ciała. Właśnie dlatego najbliżej mu do obszaru, który od lat przewija się przy miękkiej robotyce, metamateriałach i druku 4D. Podobny problem przybliżałem zresztą przy materiałach drukowanych w 3D, które wyczuwają własny ruch, bo tam sama struktura materiału zaczyna przejmować funkcję czujnika. Blisko temu również do inteligentnych struktur z nitinolu, gdzie materiał nie jest już tylko biernym tworzywem, ale częścią mechanizmu.
Czytaj też: Jak tu nie uwielbiać Słońca? Teraz stało się niszczarką do plastiku i źródłem paliwa przyszłości
Tutaj Y-zipper ma swój urok, bo nie udaje inteligentnego materiału w sensie elektronicznym. Nie potrzebuje od razu złożonego układu sterowania, pomp, zaworów czy aktywatorów w każdym segmencie. Mechanika wynika z samego kształtu, co akurat stanowi bardzo elegancki kierunek, bo zamiast dodawać coraz więcej elektroniki do każdego problemu, można czasem zaprojektować obiekt tak, żeby samą geometrią wymusić pożądane zachowanie. Nie kupowałbym jednak tego bez zastrzeżeń, bo między prototypem z laboratorium a produktem, który znosi brud, wilgoć, mróz, piasek i tysiące nieuważnych użyć, jest jeszcze ogromna droga do przebycia. Nawet biorąc pod uwagę zweryfikowaną wytrzymałość rzędu 18000 cykli.
Jak można wykorzystać trójstronny zamek błyskawiczny Y-Zipper?
Naukowcy postanowili jednak sprawdzić ten wynalazek w praktyce, dodając go do namiotu, którego tradycyjne rozstawienie zajmuje 6 minut, ale z Y-zipperem czas ten spada do 80 sekund. Działa to tak, że trzy ramiona mocowane do boków mogą po zapięciu usztywnić konstrukcję tak, że płachta “wskakuje” w formę. Dla mnie jednak ciekawszy jest przykład medyczny. Badacze owinęli bowiem Y-zipper wokół ortezy nadgarstka, tworząc rozwiązanie, które może być luźniejsze w ciągu dnia i sztywniejsze w nocy. Akurat to już nie jest byle gadżet, tylko bardzo sensowny kierunek, bo gwarantuje stabilizację, która nie musi być cały czas tak samo niewygodna.
Czytaj też: Nowy język projektowania elektroniki jutra? Naukowcy zbudowali istny molekularny warsztat
Trzeci eksperyment objął naturalnie potencjalnie największego beneficjenta – robotykę. Po dołożeniu silnika suwak może działać na zawołanie, stanowiąc podstawę m.in. dla robota z nogami zdolnymi do zmiany swojej długości. Teoretycznie taki robot mógłby podnosić się, gdy potrzebuje dłuższych kończyn, a potem obniżać profil, gdy ma przejść pod przeszkodą albo poruszać się bliżej podłoża. Tutaj akurat widać podobieństwo do tematów takich jak materiały zmieniające kształt jak transformery czy miękkie roboty zmieniające konfigurację, ale Y-zipper robi to w bardziej mechaniczny, “warsztatowy” sposób.
Niestety więc, a może stety, nie doczekamy się rewolucji tradycyjnych zamków błyskawicznych. Y-zipper to coś, co (jeśli wejdzie do produkcji) trafi albo do niszowych zastosowań, albo do elitarnych gadżetów kosztujących krocie. Przynajmniej na początku, bo aktualnie nie mam pojęcia, czy Y-zipper trafi kiedyś do namiotów, robotów ratowniczych, ortez albo sond kosmicznych do pobierania próbek skał. Takie projekty lubię jednak najbardziej, bo nie obiecują świata zbudowanego od zera, tylko pokazują, że stary mechanizm może dostać nowe zadanie, jeśli technologia produkcji wreszcie dogoni pomysł.
Źródła: MIT,
