Von weich zu starr: Y-Reißverschluss ermöglicht Änderung der Objektsteifigkeit
Das MIT hat eine rund 40 Jahre alte Technik verfeinert, um flexible Objekte in einen starren Zustand zu überführen. Der Y-Zipper kommt aus dem 3D-Drucker.
Der Y-Zipper löst ein nerviges Problem beim Zeltaufbau: Die Zeltstangen werden einfach gezippt.
(Bild: Jiaji Li /Screenshot)
Forscher des MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) haben die etwa 40 Jahre alte Technik eines dreieckförmig angeordneten Reißverschlusses wiederbelebt, um damit Objekte mit variabler Steifigkeit herzustellen. Die Anwendungsszenarien sind vielfältig und reichen von Campingausrüstung über medizinische Anwendungen bis zu Robotern und Kunstinstallationen.
Der Innovative Design Fund suchte 1985 im Scientific American nach innovativen Ideen in den Bereichen Kleidung, Heimtextilien und Wohnaccessoires. 10.000 US-Dollar wurden damals für einen funktionierenden Prototyp ausgelobt. William Freeman, ein junger Ingenieur, der damals bei Polaroid arbeitete, nahm an dem Wettbewerb mit seinem neu erfundenen dreieckig angeordneten Reißverschluss teil. Der Reißverschluss ermöglicht es, über einen Schieber über Riemen drei schmale Holzleisten dreieckförmig miteinander zu verbinden. Er wollte damit Stühle, Zelte und Taschen von einem weichen in einen festen Zustand überführen, um sie so einfacher packen und aufbauen zu können. Den Preis bekam Freeman dafür nicht, er patentierte jedoch seine Erfindung, ohne sie zur Anwendung zu bringen.
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Freeman ist heute Professor am MIT und griff das alte Projekt, Gegenstände mit einer einstellbaren Steifigkeit zu entwickeln, wieder auf, um sie mit neuen Techniken zu verfeinern. Herausgekommen ist ein dreieckförmiger Y-Reißverschluss, der mittels einer Design-Software je nach gewünschter Festigkeit und Form entworfen und mittels 3D-Drucker ausgedruckt werden kann, wie die MIT-Wissenschaftler in der Studie „Y-zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly“ schreiben, die in den Proceedings of the 2026 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems erschienen ist.
Das Prinzip des Y-Reißverschlusses ist nicht sonderlich kompliziert: Drei Ketten aus speziell geformten Kunststoffgliedern werden über einen dreieckförmigen Schieber miteinander verbunden. Im unverbundenen Zustand sind die Ketten flexibel, im verbundenen Zustand nehmen sie je nach Design der Kettenglieder einen mehr oder weniger festen Zustand an. Neben der Festigkeit können die Wissenschaftler über die Design-Software auch noch die Form im festen Zustand bestimmen – etwa, ob sie gerade, gebogen, spiralförmig oder verdreht sein soll.
Zeltstangen, flexible Verbände, Roboter und Kunstinstallationen
Damit ergibt sich für den Y-Reißverschluss ein breites Anwendungsspektrum. Die Forscher entwickelten etwa „Zeltstangen“, die im geöffneten, flexiblen Zustand platzsparend transportiert werden können, um sie dann durch Zusammenzippen in eine feste Form zu bringen, die ein Zelt stützen kann.
Als weitere Anwendung sehen die Wissenschaftler den Bereich einstellbarer Wearables etwa für medizinische Anwendungen. Dazu legten sie einen angepassten geschwungenen Y-Reißverschluss um einen Handgelenkverband für Handgelenksbrüche. Durch das Zuziehen des Reißverschlusses kann der Verband gelockert oder verfestigt werden. Der Patient kann ihn so in medizinischen Grenzen an sein Komfortempfinden anpassen.
Möglich ist es auch, den Schießvorgang eines Y-Reißverschlusses mittels Elektromotoren zu automatisieren. So können damit etwa Roboterbeine realisiert werden, die automatisch in der Länge anpassbar sind. Der Roboter kann je nach Gelände selbst entscheiden, welche Beinlänge nötig ist, um es problemlos zu bewältigen.
Die Forscher zeigten auch mit einer gewundenen künstlichen Blume das künstlerische Potenzial der Y-Reißverschlusstechnik: Von einem statischen Elektromotor angetrieben, richtete sich die Blume auf und „erblühte“.
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Um die Haltbarkeit der Technik muss man sich dagegen wenig Sorgen machen, geht aus der Studie hervor. Die Wissenschaftler des MIT führten eine Reihe von Haltbarkeitstests durch. Dabei verwendeten sie für den 3D-Druck der Reißverschlüsse PLA und TPU. PLA erwies sich als widerstandsfähiger, TPU als biegsamer. Über einen elektromotorischen Aktuator öffneten und schlossen die Forscher einen Y-Reißverschluss über einen längeren Zeitraum immer wieder. Erst nach etwa 18.000 Öffnungs- und Schließvorgängen kam es zu Ermüdungserscheinungen. Die Wissenschaftler sehen das Geheimnis der langen Haltbarkeit darin, dass die Belastung durch die elastische Struktur aufgefangen wird.
(olb)
