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AI 资讯 · 机器人大讲堂

麻省理工用拉链造出机器人骨架

更新 2026-11-02机器人大讲堂正文 2691字阅读约 9分钟20 张图片

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“40年前被驳回的拉链专利,变成了机器人的骨架。

最近刷短视频,看到一个画风很特别的机器人。

它没有传统机械关节,四条腿的本体,就是改良后的三面拉链。

电机推着滑块咬合锁止,腿就慢慢绷紧变硬、拉长撑起机身;滑块反向滑开、齿牙脱扣,刚度瞬间卸掉,腿又软下来收短。

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高低起伏的地面、低矮的夹缝,它都能顺势调整,从容跨/钻过去。

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第一眼我还以为是创客爱好者的趣味手工活,抱着好奇翻了一圈资料,才发现它来头不小。

它叫Y-zipper,是CHI 2026收录的正式研究,出自麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(MIT CSAIL)。

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这个巧思,其实是一个尘封了整整四十年的构想,直到今年才落地成真。

01.

1985年,一个被行业拒收的奇怪拉链

时间拉回1985年。

Bill Freeman 彼时任职宝丽来电气工程师,后来成为美国国家工程院院士。我们手机里的图像算法、人类首张黑洞照片的成像底层技术,都出自他的研究。

当年一场创意征集里,所有人都在琢磨更好卖的消费品,他抛出两个颠覆常识的问题:为什么拉链只能是两片?能不能做三面拉链?

他设想的三面拉链,是三条独立的柔性条带。散开的时候,它软、能弯、能卷;滑块一推,三条带子的齿同步咬合,锁成一根三角形空心硬杆。甚至,他用木条、皮带,亲手切削打磨,做出了初代原型,证明原理完全走得通。

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可这份方案,直接被设计公司拒了。不过Bill Freeman 给原型申请了专利,相关资料也被他收到了车库里。

一晃将近40 年,已经是MIT教授的Freeman,主动联系了正在研究可调刚度结构的郦家骥(Jiaji Li),把这个尘封多年的三面拉链构想重新交给了这个团队。

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研究第一作者郦家骥小红书主页。这项研究论文作者还包括天津大学、慕尼黑大学以及MIT CSAIL的多位研究人员。

02.

Y-zipper到底是什么?

拿到这份尘封构想,团队推进快得惊人!首版原型,三天完成全部3D 打印;整个项目,只用四个月落地。这个曾经被拒收的脑洞,在CHI 2026正式发表之后,就连YKK、Rimowa这类品牌都主动投来了关注。

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Y-zipper工作流程:首先 3D 打印三条拉链带,然后组装成 Y 型拉链,使用 Y 型拉链滑块在柔性状态和刚性状态之间转换。

很多人第一眼会觉得,不就是多一排齿的拉链?

远没有这么简单。Y-zipper的核心,是可逆、可控的柔性-刚性切换机制,论文实测,闭合之后,弯曲刚度最高提升160倍

整套结构由三条带齿条带、专用双向滑块、球窝互锁节点构成。每一条拉链条,由齿、柔性桥、球形节点+球窝、导轨组成。

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拉开状态下,TPU 或织物柔性桥保持松弛,三条带互不约束,可以随意扭转、卷曲收纳;锁合状态下,滑块收拢三条带子,波浪形齿互相搭接,同时球形节点卡进凹槽,锁住横向滑移。三条带子围成一个稳定三棱柱,压力由三个面互相分担,瞬间变成可以承重的杆件。

滑块是整套设计的灵魂,收拢、分离双模块自带旋转锁扣。啮合时有序扣紧,反向拉开时顺滑分离,保证顺滑开合,不会卡齿。

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除此之外,团队还做了三种驱动方案:手动推拉、电机带着滑块爬行的动态驱动、固定电机送料的静态驱动。小到可穿戴腕托,大到数米级帐篷框架,都能适配。

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Y-zipper的驱动方式:(a)手动滑块;(b)带一个电机齿轮组的动态驱动器;(c)带三组电机、齿轮和弹簧的静态驱动器。

他们还定义了四个基础运动基元,直线、弯曲、螺旋、卷曲。你可以在Grasshopper设计工具里,选好形态、输入参数,软件自动生成拉链结构,直接输出可打印文件,长结构还会自动分段、预留对接接头。

也就是说,它不是一个固定尺寸的零件,而是一套可编程的变形结构语言。

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Y-zipper的四个基本运动原语:直线运动、弯曲运动、卷曲运动和螺旋运动。

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用于连接多个 Y-zipper的接头设计。

03.

不止机器腿,应用想象空间持续拓展

这台出圈的四足原型,只是Y-zipper最直观的答卷。

它的每一条腿,都是一根独立的360mmY-zipper杆件。N20电机驱动滑块,髋部卷轴收纳富余柔性条带。拉链拉合,腿变长、机器人抬高身体,跨过石块;拉链拉开,杆件变软收缩,整体压低高度,钻进低矮缝隙。

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由Y-zipper实现主动可调腿长的四足机器人:降低和升高配置、单腿模块、低间隙爬行和越障。

对标行业主流方案,它的优势很突出。

  • 自锁保形,无需持续供能维持刚度。充气软体要一直供气、颗粒阻塞离不开持续负压,它锁上之后,形态稳稳站住;

  • 切换可逆、响应可控。一次滑块运动完成软硬切换,对比折纸、形状记忆材料,操控自由度高出一大截;

  • 收纳形态极致紧凑,收起就是软带,便携属性拉满;

  • 模块化拼接,接头互联,不止单根机器腿,还能搭建大规模可重构桁架。

当然它也有短板,当前3D打印塑料版本承载上限有限,疲劳寿命只有一万多次循环,距离工业级机器人连续作业还有距离

不过,它的应用想象空间,已经炸开。

TFC康复腕托,日常柔软贴合手腕自由活动。睡觉时拉合锁死,化身刚性护具,阻挡过度拉伸与冲击,单手就能操作,不用反复摘下。

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还有模拟藤蔓生长的动态装置,以及极速帐篷,搭建1分20秒,拆卸仅40秒,可以直接缩成软条打包带走。

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使用Y-zipper的动态艺术装置:三条拉链带拉在一起形成一条不断生长的藤蔓,其花朵在伸展过程中开放。

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Y-zipper的帐篷组装:(a)初始状态;(b)完成的帐篷结构;(c)单人手动闭合;(d)四个执行器并联运行的动态执行器闭合。

04.

变刚度赛道,迎来一条不一样的解题思路

这些五花八门的应用,背后都依托同一套核心原理:拉链式变刚度。

可调刚度,是横在变形机器人赛道上多年的硬核难题。

传统刚性机器人力量足、精度高,但僵硬冰冷,碰撞极易自损或者伤到环境;软体机器人安全、适配复杂地形,可刚度孱弱,很难输出有力作业。过去大量方案,要么笨重复杂、控制链路冗长,要么做不到快速可逆切换,通用性极差。

颗粒阻塞、层阻塞是当下最成熟的路线,靠挤压介质摩擦锁形,擅长局部小范围夹持。可颗粒易磨损、密封容易失效,也很难做出螺旋、长曲线这类复杂构型。

Y-zipper走出了一条新路,靠“链齿”结构自由切换软硬度,可以一步步长距离伸展开,搭出大尺寸、能反复变形的框架。工程师可以直接复用这套拉链单元,配合参数化设计和3D打印,快速迭代可变形、易收纳的结构,在应急支撑、野外装备场景有应用潜力。

它算不上颠覆行业的黑科技,但提供了一个很朴素的新思路:做可变形机器人,未必一定要堆砌液压、气动和大量伺服电机。仅仅从齿牙咬合这个简单逻辑出发,就能做出一套低成本、干净利落、可复制的变刚度骨架。

未来,一大批轻量化可变形机器人,或许都会沿着这套拉链互锁思路生长出来。

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