لقد استغرقت التكنولوجيا 40 عامًا حتى تتمكن من اللحاق بهذا التصميم الثوري للسحاب

براءة اختراع عمرها عقود من مع لقد ألهم البروفيسور بيل فريمان “Y-zipper” الجديد، وهو قفل ثلاثي الجوانب يمكنه تثبيت المعدات والروبوتات والأعمال الفنية بضغطة زر واحدة.

قبل وقت طويل من تحول الروبوتات المتغيرة الشكل والهياكل ذاتية التجميع إلى أهداف هندسية، كان أحد أساتذة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قد تصور بالفعل سحابًا يمكنه تحويل المواد المرنة إلى أشكال صلبة عند الطلب. المشكلة؟ في عام 1985، لم تكن التكنولوجيا اللازمة لبنائه موجودة.

في ذلك العام، وضع صندوق التصميم المبتكر إعلان في العلمية الأمريكية تقديم ما يصل إلى 10000 دولار للأفكار الإبداعية في الملابس والمنسوجات وتصميم المنزل. استجاب ويليام فريمان الحاصل على الدكتوراه 92 – الذي كان مهندسًا كهربائيًا في بولارويد والآن أستاذًا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا – بمفهوم غير عادي: سحاب ثلاثي الجوانب يمكنه جعل الأشياء تتحول على الفور بين الحالات اللينة والقاسية. فبدلاً من تثبيت السترات أو البنطلونات، تصور فريمان أن هذه الفكرة تساعد عناصر مثل الخيام والكراسي والحقائب على طيها بشكل مسطح للنقل ثم قفل نفسها في هياكل متينة ثلاثية الأبعاد عند ضغطها معًا.

بدا النموذج الأولي الخاص به وكأنه نسخة مثلثة من السحاب التقليدي. يمكن ربط ثلاثة شرائح مرنة مبطنة بـ “أسنان” خشبية ضيقة معًا بواسطة آلية منزلقة، لتشكل أنبوبًا مثلثًا صلبًا. تم رفض الفكرة، لكن فريمان حصل على براءة اختراع وقام بتخزين النموذج الأولي في مرآب منزله، مقتنعًا بأنه قد يجد غرضًا في يوم من الأيام.

وبعد ما يقرب من أربعة عقود، اكتشف الباحثون في مختبر علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)CSAIL) إلى الفكرة أثناء بحثهم عن طرق لإنشاء كائنات ذات “صلابة قابلة للضبط”. كان من الصعب عكس الطرق السابقة لتغيير الصلابة أو كانت تتطلب التجميع يدويًا. استجابت CSAIL من خلال إنشاء أداة تصميم آلية ومثبت قابل للتكيف يسمى “Y-zipper”.

ويتيح البرنامج للمستخدمين تصميم سحابات مخصصة ثلاثية الجوانب، والتي يتم تصنيعها بعد ذلك تلقائيًا باستخدام البلاستيك في طابعة ثلاثية الأبعاد. يمكن ربط أدوات التثبيت الناتجة أو دمجها في معدات التخييم، والأجهزة الطبية، والروبوتات، والمنشآت الفنية لتسهيل عملية التجميع.

“السحاب العادي رائع لإغلاق الأشياء المسطحة، مثل السترة، لكن فريمان فكر في شيء أكثر ديناميكية. وباستخدام تكنولوجيا التصنيع الحالية، يمكن لآليته تحويل عناصر أكثر تعقيدًا”، كما يقول جياجي لي، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وباحث CSAIL، وهو مؤلف رئيسي لورقة بحثية مفتوحة تعرض المشروع. “لقد قمنا بتطوير عملية لبناء كائنات يمكنك تحويلها بسرعة من مرنة إلى صلبة، ويمكنك أن تكون واثقًا من أنها ستعمل في العالم الحقيقي.”

Y-Zipper: طباعة ثلاثية الأبعاد للتحولات المرنة والصلبة بنقرة واحدة. الائتمان: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

لماذا السوستة؟

في برنامج CSAIL، يمكن للمستخدمين تحديد الشكل الذي سيبدو عليه المثبت بمجرد إغلاقه. يمكنهم ضبط طول كل شريط واختيار اتجاه وزاوية انحناءاته. يمكنهم أيضًا الاختيار من بين أربعة أنماط حركة أساسية تحدد الشكل المغلق: مستقيم، أو منحني مثل القوس، أو ملفوف مثل الزنبرك، أو ملتوي مثل البراغي.

يبدو أن شكل السحاب Y النهائي يتغير في العالم المادي. عند فتحه، يمكن أن ينتشر مثل الحبار بثلاثة مخالب ممتدة. عند إغلاقه بسحاب، فإنه ينسحب إلى هيكل أكثر إحكامًا (مثل القضيب، على سبيل المثال). يمكن أن تكون هذه المرونة مفيدة للسفر والعتاد الخارجي. يمكن أن يستغرق نصب الخيمة بمفرده ما يصل إلى ست دقائق، ولكن بمساعدة السحاب Y، استغرقت العملية دقيقة واحدة و20 ثانية. يتم ربط كل ذراع بجانب الخيمة، مما يدعم الهيكل من الأعلى بحيث يقوم المثبت بتثبيت المظلة في مكانها بشكل فعال.

هذا التحول السلس بين الحالات الناعمة والصلبة يمكن أن يساعد أيضًا في إنشاء المزيد من الأجهزة القابلة للارتداء، خاصة للاستخدام الطبي. قام الفريق بلف سحاب على شكل حرف Y حول قالب معصم حتى يتمكن مرتديه من فكه أثناء النهار وإغلاقه ليلاً للمساعدة في منع المزيد من الإصابات. في هذا الإعداد، يمكن للجهاز الذي يكون متينًا في العادة أن يصبح أكثر قدرة على التكيف مع راحة المريض واحتياجاته.

يمكن للنظام أيضًا أن يساعد في بناء تقنية تتحرك بضغطة زر. بعد التصنيع، يمكن توصيل محرك بالسحاب Y لأتمتة عملية الإغلاق. استخدم الباحثون هذا النهج لصنع روبوت رباعي الأرجل متكيف. يمكن لمثل هذا الروبوت في يوم من الأيام أن يغير طول ساقيه، أو يسحب نفسه إلى أطراف أطول أو يفتح المثبت ليبقى أقرب إلى الأرض. يمكن أن تساعد التغييرات السريعة في الشكل الروبوتات على التحرك عبر البيئات غير المستوية مثل الأخاديد أو الغابات. يمكن للسحابات Y التي تعمل بمحركات أيضًا إنشاء تركيبات فنية متحركة. في أحد الأمثلة، قام الفريق ببناء زهرة متعرجة طويلة “تزهرت” عندما قام محرك ثابت بإغلاق الجهاز.

إتقان المادة

رأى لي وزملاؤه العديد من الاستخدامات الممكنة للسحاب Y، لكنهم ما زالوا بحاجة لاختبار ما إذا كان يمكن أن يصمد في ظل الاستخدام المتكرر.

بدأ الفريق باختبارات التحمل. قارنوا متعدد اللبن حامض (PLA) والبولي يوريثين الحراري (TPU)، وهما نوعان من البلاستيك شائع الاستخدام في الطباعة ثلاثية الأبعاد. قامت آلة بثني السوستة على شكل حرف Y إلى الأسفل، مما يدل على أن PLA يمكنه حمل أحمال أثقل، بينما كان TPU أكثر مرونة.

وفي اختبار منفصل، استخدم باحثو CSAIL مشغلًا لفتح وإغلاق أداة التثبيت بشكل متكرر حتى فشل. أخيرًا انكسر السحاب Y بعد حوالي 18000 دورة. وفقًا لعمليات المحاكاة ثلاثية الأبعاد، فإن متانتها تأتي من هيكلها المرن، الذي يوزع الضغط بشكل متساوٍ تحت الأحمال الثقيلة.

وحتى مع هذه النتائج، يرى لي مجالًا لإصدار أقوى مصنوع من مواد أكثر صلابة مثل المعدن. وقد يقوم الفريق أيضًا بتوسيع نطاق السوستة لمشاريع أكبر، على الرغم من أن نظام الطباعة ثلاثية الأبعاد الحالي لا يمكنه إنتاج هذا الحجم بعد.

ويشير لي أيضًا إلى استخدامات لا تزال غير مستكشفة إلى حد كبير. في استكشاف الفضاء، يمكن دمج أذرع السوستة على شكل حرف Y في مركبة فضائية واستخدامها لجمع عينات الصخور القريبة. ويمكن أيضًا تركيب مثبتات مماثلة في الهياكل المصممة للتجميع السريع، مما يساعد فرق الإغاثة على نشر الملاجئ أو الخيام الطبية بسرعة بعد الكوارث أو أثناء عمليات الإنقاذ.

يقول غوانيون وانغ، الأستاذ المساعد في جامعة تشجيانغ، والذي لم يشارك في البحث: “إن إعادة تصور السحاب اليومي للتعامل مع التحولات المورفولوجية ثلاثية الأبعاد هو أسلوب رائع للتجميع الديناميكي”. “والأهم من ذلك، أنه يسد الفجوة بين الحالات الناعمة والصلبة بشكل فعال، ويقدم نهج تصنيع مبتكر وقابل للتطوير بدرجة كبيرة والذي سيفيد بشكل كبير التصميم المستقبلي للذكاء المتجسد.”

المرجع: “السحاب Y: آلية انتقال مرنة – صلبة للطباعة ثلاثية الأبعاد للتجميع السريع والعكس” بقلم جياجي لي، شيانغ تشانغ، مينغمينغ لي، دينغنينغ كاو، ماكسين بيروني شارف، جيريمي مرزيغلوكي، تاكومي ياماموتو، ويليام فريمان وستيفاني مولر، 13 أبريل 2026، CHI ’26: وقائع مؤتمر CHI لعام 2026 حول العوامل البشرية في أنظمة الحوسبة.
دوى: 10.1145/3772318.3790723

مدعوم جزئيًا بزمالة أبحاث ما بعد الدكتوراه من جامعة تشجيانغ وبرنامج MIT-GIST.

الكشف: تم تقديم عمل الباحثين في مؤتمر التفاعل بين الكمبيوتر والإنسان (CHI) التابع لـ ACM حول العوامل البشرية في أنظمة الحوسبة في أبريل.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.