Falt-Technik Origami für gekrümmte Flächen

Materialforscher wollen mit Origami-Technik Häuser bauen und Nanostrukturen entwickeln. Eine Studie zeigt, dass sich sogar gekrümmte Oberflächen zusammenfalten lassen wie ein Stadtplan.

Modifizierte Miura-Faltung: "Unglaubliche Flexibilität"
Mahadevan Lab/ Harvard SEAS

Modifizierte Miura-Faltung: "Unglaubliche Flexibilität"


Die Faltkunst Origami ist Jahrhunderte alt. Entwickelt wurde sie vermutlich im alten China und später dann von den Japanern verfeinert. Bis heute lernen Schüler in vielen asiatischen Ländern, wie man aus einem quadratischen Blatt Papier einen Kranich oder einen Frosch zaubert.

Doch auch Wissenschaftler und Ingenieure interessieren sich für Origami, weil sie immer wieder Dinge in eine möglichst kleine Packform bringen müssen. Das Anwendungsspektrum reicht von Airbags, Cabriodächern und Papp-Häusern bis zu Solarpanels von Raumschiffen. Im Fachblatt "Nature Materials" berichten Forscher der Harvard University in Cambridge nun über Falttechniken für gekrümmte Oberflächen.

Ausgangspunkt dafür ist die sogenannte Miura-Faltung. Sie wird schon seit Jahrhunderten verwendet, um ein Stück Papier oder Stoff in einer Bewegung auf eine deutlich kleinere Fläche zusammenzufalten. Das Papier ist dabei von Faltkanten in viele kleine Parallelogramme aufgeteilt. Die Fläche kann auseinander- und zusammengefaltet werden, indem man sie an lediglich zwei Punkten bewegt. Dabei werden die kleinen Parallelogramme alle übereinander geschoben.

Die Miura-Faltung hat die Eigenschaft, dass sie halb auseinandergefaltet nur eine ebene Struktur bildet. Aber könnte diese einfache Faltung auch der Ausgangspunkt sein für kompliziertere Formen? Etwa einen Sattel, eine Kugel oder einen Zylinder? Das haben sich die Materialforscher von der Harvard University gefragt.

"Wir haben eine unglaubliche Flexibilität entdeckt, die in der Geometrie der Miura-Faltung steckt", sagt Levi Dudte, Mitautor des Papers. Mit der Faltung seien viel mehr Formen möglich als gedacht. In ihrer Studie zeigen die Forscher unter anderem eine Kugel, eine geschwungene Vase und einen sogenannten hyperbolischen Paraboloid - siehe folgende Fotostrecke.

Fotostrecke

7  Bilder
Origami: Design mit der Miura-Faltung
All diese Objekte ließen sich zusammenfalten, erklärt Dudte, weshalb die Methode beispielsweise in der Raumfahrt und der minimalinvasiven Chirurgie eingesetzt werden könnte. Am Ende dieses Textes finden Sie eine Animation.

Die Forscher hatten die klassische Miura-Faltung punktuell minimal variiert und konnten so auch gekrümmte Flächen realisieren. Die von ihnen entwickelte Software kann aus der angestrebten Form die dafür nötige Lage der Faltkanten berechnen und die Daten beispielsweise an eine Fertigungsmaschine liefern.

"Unser Ziel ist, jede beliebige Form mit einer passenden Faltung umzusetzen", sagt Lakshminarayanan Mahadevan. Der Ansatz sei skalierbar, betont der Forscher, könne also sowohl im Nanobereich mit nur eine Atomlage dickem Graphen als auch in der Architektur verwendet werden.

Zu den besonderen Herausforderungen von Origami gehört das Falten dicker Materialien. Dicke Platten lassen sich nur knicken, wenn man sie vorher durchschneidet und mit Scharnieren versieht. Das Falten klappt obendrein nur in eine Richtung. Doch auch dafür haben Forscher Lösungen entwickelt, über die sie jüngst im Fachblatt "Science" berichteten.

Hinweis für alle mobilen Nutzer: Eine von den Forschern erstellte Animation des Origami-Zusammenfaltens können Sie hier herunterladen (1,4 Megabyte große gif-Datei).

hda

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insgesamt 6 Beiträge
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Seite 1
butzibart13 28.01.2016
1. Meisterwerke
Um die Schönheit und Vielfalt von Origami zu verstehen, sollte man sich mit den Kunstgebilden des amerikanischen Physikers und Origamispezialisten Robert J. Lang befassen, die er mit einfachsten Mitteln erstellt.
artie.fischl 28.01.2016
2. Meisterwerke Ergänzung
Von Robert Lang gibt es auf der Site von TED einen Vortrag: http://www.ted.com/talks/robert_lang_folds_way_new_origami
snigger 29.01.2016
3. nicht nur asien
auch in europa hat papierfalten eine lange tradition. ich erinnere dahingehend an ein weimarer (privat) archiv mit hunderten büchern dazu...
felisconcolor 29.01.2016
4. Vielen Dank
für den Link. Ein wundervoller Vortrag.
artie.fischl 29.01.2016
5. @ snigger
Sind damit die Faltbücher gemeint -ich kenne die aus meiner Kindheit. Grossmutter hatte etliche davon für mich (alas, verloren in der Zeit). Gibt es eine Möglichkeit diese Bücher anzuschauen? Gibt es eventuell einen Link zu diesem Archiv? Auch heut' gibt es Leute, die sich mit dieser Kunst befassen; es gibt Anleitungen, Ausstellungen, Sites & Filme (animierte Papierschnitte).
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