Investigadores del MIT imprimen en 3D cremalleras que se endurecen formando varillas, espirales y arcos
Y-Zip: una patente olvidada regresa después de casi 40 años
y Los investigadores reviven un concepto de cremallera olvidado de la década de 1980 con la cremallera Y, una cremallera de tres lados impresión 3D Un sistema de fijación que cambia entre estado blando y duro con un solo movimiento deslizante. Desarrollado por el Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT, el proyecto replantea la cremallera cotidiana como un mecanismo estructural capaz de ensamblar tiendas de campaña, miembros robóticos, aparatos ortopédicos portátiles y dispositivos eléctricos según sea necesario.
El proyecto se remonta a una patente no realizada de 1985 del profesor del MIT William Freeman, quien originalmente imaginó una cremallera triangular que podría transformar objetos flexibles en estructuras rígidas. La tecnología de fabricación de la época no pudo hacer realidad la idea y el prototipo se conservó durante décadas. Casi cuatro décadas después, los avances en el diseño computacional y la impresión 3D de escritorio han permitido a los investigadores de CSAIL revisar este concepto y expandirlo a un sistema totalmente imprimible.
Una cremallera en Y entrelaza tres tiras flexibles en un tubo triangular rígido. Cuando se abre la cremallera, la estructura se comporta casi como un manojo suelto de tentáculos o cinta. A medida que el tobogán se mueve hacia arriba, las tiras se juntan gradualmente y se endurecen formando varillas de soporte, arcos curvos, espirales o columnas de torsión.
Todas las imágenes de Tim Malieckal/MIT CSAIL, cortesía de investigadores
De tiras planas impresas a estructuras espaciales
Los investigadores han desarrollado una herramienta de diseño digital que permite a los usuarios generar geometrías de cremalleras personalizadas a través de una serie de primitivas de movimiento: líneas rectas, curvas, espirales y espirales. Los usuarios pueden ajustar la curvatura, el ángulo, la proporción y la dirección, y el software genera automáticamente los dientes, las uniones y el diseño imprimible de la estructura de la cremallera. Todo el mecanismo está fabricado a partir de tiras planas de materiales estándar de impresión 3D como PLA (ácido poliláctico) y TPU (poliuretano termoplástico). Una vez completada la impresión, el sistema se pliega y toma forma mediante el movimiento de un solo control deslizante.
Esta transformación reversible se hizo particularmente evidente en los prototipos del equipo. Una estructura se asemeja a un objeto parecido a un calamar cuando está abierta y se comprime en una varilla rígida una vez cerrada. Otro prototipo crece hacia arriba como una enredadera, endureciéndose a medida que asciende y luego estirándose completamente hasta adoptar la forma de una flor.
Los arquetipos crecen hacia arriba como enredaderas.
Bastidores portátiles, robots y tiendas de campaña automontables
Una aplicación de este proyecto es una pulsera portátil diseñada para la rehabilitación del complejo de fibrocartílago triangular (TFCC). Durante las actividades diarias, el aparato ortopédico permanece suave y flexible, permitiendo libre movimiento. Por la noche o cuando se necesita apoyo adicional, la cremallera se cierra para crear un marco protector resistente alrededor de la muñeca.
El equipo también integró Y-zips en un robot cuadrúpedo adaptativo cuyas piernas pueden extenderse o retraerse rápidamente dependiendo de las condiciones del terreno. Al apretar la estructura de la cremallera, el robot se eleva más para cruzar obstáculos; cuando se afloja, baja su perfil para arrastrarse por espacios reducidos.
A escala arquitectónica, los investigadores reemplazaron los postes tradicionales de las tiendas de campaña con estructuras de cremallera de 1,5 metros de largo que permanecen flexibles durante el embalaje y rígidas durante el montaje. Una sola persona puede montar la tienda en aproximadamente un minuto y veinte segundos, lo que reduce significativamente el proceso de montaje en comparación con los sistemas de postes tradicionales. Una vez retirados, los soportes rígidos se pliegan en tiras livianas que se pueden enrollar y almacenar de forma compacta.
La cremallera se endurece gradualmente a medida que sube y luego florece en forma de flor. Captura de pantalla del vídeo Jiaji Li
Investigadores del MIT diseñan una cremallera para hacer ejercicio
A diferencia de los sistemas rígidos anteriores que dependían de la presión del aire, hardware complejo o ensamblaje manual, las cremalleras en Y funcionan mediante un acoplamiento mecánico continuo. El equipo también desarrolló un sistema de accionamiento eléctrico que permite que la cremallera se mueva de forma autónoma, convirtiendo efectivamente la estructura en un mecanismo de autoensamblaje.
Para probar la durabilidad, los investigadores abrieron y cerraron las cremalleras más de 18.000 veces antes de que ocurriera una falla estructural. El equipo cree que las versiones futuras fabricadas con materiales más resistentes podrían eventualmente expandirse a sistemas desplegables más grandes, refugios de emergencia e incluso vehículos de exploración espacial capaces de desplegarse y endurecerse en entornos extremos.
Pulsera portátil especialmente diseñada para la rehabilitación del complejo de fibrocartílago triangular (TFCC) | Captura de pantalla de vídeo de Jiaji Li
Los investigadores sustituyeron los tradicionales postes de las tiendas de campaña por una estructura con cremallera de 1,5 metros de largo | Captura de pantalla del vídeo Jiaji Li
Una persona puede montar una tienda de campaña en aproximadamente un minuto y veinte segundos.
Genere geometrías de cremallera personalizadas a través de una serie de primitivas de movimiento: recto, curvo, espiral y espiral.
Información del proyecto:
Nombre: Cremallera en Y: mecanismo de transición flexible-rígido impreso en 3D para un montaje rápido y reversible (ya estudiado) aquí)
Instituciones de investigación: Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT
autor: Jiaji Li, Xiang Chang, Mingming Li, Dingning Cao, Maxine Perroni-Scharf, Jeremy Mrzyglocki, Takumi Yamamoto, William Freeman, Stefanie Mueller
