COMPASS MAGAZINE #10
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KNICKEN UND FALTEN Die Jahrhunderte alte Origami-Kunst steht Pate bei der Lösung technischer Probleme

Die uralte Kunst des Origami-Faltens ist mehr als Basteln; auf ihren Grundprinzipien basieren die Lösungen für viele technische Herausforderungen der heutigen Zeit – vom Zusammenlegen eines tennisplatzgroßen Solarsegels, das sich im All entfalten soll, bis zum vollständigen Entleeren einer Zahnpastatube.

Für die meisten Menschen ist Origami ein Hobby – eine Art, Papier zu Objekten zu falten, die über ihre Ästhetik hinaus kaum von Wert sind. Aber Manu Prakash, Dozent für Biotechnologie an der Stanford University in Kalifornien, nutzt diese Kunstform für etwas, das Millionen Menschen das Leben retten könnte.

Aus Prakashs Idee ist das Foldscope entstanden – ein leistungsfähiges faltbares Mikroskop, mit dem sich durch Blut übertragbare Krankheiten wie Malaria und die Schlafkrankheit feststellen lassen. Das Foldscope lässt sich aus einem Stück Papier zusammenfalten und kostet in der Herstellung gerade mal 0,50 US-Dollar, besitzt aber das Potenzial, die Gesundheitsvorsorge in Entwicklungsländern zu revolutionieren.

„Origami ist wie geschaffen für das Foldscope“, sagt Prakash. „Die Herstellung als flaches Stück Papier ist sehr kostengünstig. Das spielt bei solchen Produkten, die in großen Mengen für Menschen am unteren Ende unseres kapitalistischen Systems hergestellt werden, eine entscheidende Rolle.“

Prakash ist nicht der Einzige, der komplexe Probleme mit Origami löst. Joe Gattas, Bauingenieur und Dozent an der University of Queensland (Australien), hat sich ebenfalls Origami für sein Konzept Plate House zunutze gemacht – ein gefaltetes Tragwerksystem mit Außenhülle, das in Zukunft vom Flüchtlingshilfswerk der Vereinten Nationen (UNHCR) zur Unterbringung von Vertriebenen verwendet werden könnte. Die Konstruktion erhält durch Origami strukturelle Festigkeit und Wärmedämmung und kann ohne Werkzeuge oder Verbindungselemente errichtet werden.

Kristina Wissling, Origami-Künstlerin aus Deutschland, ist der Meinung, Origami verleihe einem Bauwerk einzigartige Eigenschaften. „Durch das Falten erhöht sich die Steifigkeit trotz minimalem Gewicht“, sagt sie. „Diese Prinzipien lassen sich auch auf die Konstruktion von leichten Sandwichpaneelen für Flugzeugrümpfe anwenden.“

KUNST TRIFFT TECHNIK

Auch wenn diese Erfindungen sehr beeindruckend sind, stellen sie nur ansatzweise dar, wie die Grundprinzipien von Origami leistungsfähiges Engineering beschleunigen. „Technisches Origami ist einzigartig, effizient und bietet breitere Anwendungsmöglichkeiten als herkömmliche Fertigungsverfahren“, sagt Wissling.

Robert Lang, der seine Karriere als Physiker und Mathematiker beim Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, an den Nagel hängte, um sich technischen Origami-Projekten zu widmen, arbeitet mit Brian Trease, einem Maschinenbauingenieur des Jet Propulsion Laboratory der NASA, an einem Solarsegel, das als Energiequelle für künftige Weltraummissionen dienen könnte. „Die Solarsegel der Internationalen Raumstation liefern derzeit rund 84 Kilowatt Energie“, sagt Trease. „Aber ihr Transport ins All und der Aufbau dort musste in mehreren Etappen erfolgen. Dementsprechend hoch waren die Kosten.“

„IM INGENIEURWESEN GEHT ES NICHT NUR UM BERECHNUNGEN, SONDERN AUCH UM EINFALLSREICHTUM. UND ORIGAMI BEFEUERT DIESEN EINFALLSREICHTUM.“

STAVROS GEORGAKOPOULOS PROFESSOR IM FACHBEREICH COMPUTER UND ELEKTROINGENIEURWESEN, FLORIDA INTERNATIONAL UNIVERSITY

Der Prototyp von Trease sieht aus wie eine Blume, wenn er sich aus einem 2,7 Meter großen Paket in ein flaches, kreisrundes Objekt in der Größe von drei Tennisplätzen entfaltet. „Die Origami-Falttechnik ist zwar ein neuartiges Verfahren, aber es funktioniert einwandfrei“, sagt Trease. „Damit könnten wir die Strommenge für die Raumstation verdoppeln und bräuchten nur eine Trägerrakete und einen Arbeitsschritt zum Entfalten.“

WACHSENDER ERFOLG

Origami lässt sich dank seines Variantenreichtums auf viele andere Anwendungen und Branchen übertragen. Beispielsweise hat Stavros Georgakopoulos, Professor im Fachbereich Computer und Elektroingenieurwesen an der Florida International University in Miami, von der National Science Foundation einen Zuschuss von 2 Millionen US-Dollar für die Entwicklung einer Origami-Antenne erhalten.

„Herkömmliche Antennen sind sperrig und meist schwierig zu transportieren“, sagt Georgakopoulos. „Doch diese Probleme lassen sich mit Origami lösen. Im kommerziellen Bereich könnte man dieses Verfahren für diverse Kommunikationsgeräte, wie Satellitentelefone, verwenden. Oder auch für kabellose Sensoren, Sensoren zur Überwachung des Gesundheitszustands, tragbare medizinische Geräte und vieles mehr.“

Am Engineering Science Department der Oxford Universität in Großbritannien hat das britischjapanische Duo, bestehend aus Zhong You (Professor am besagten Engineering Science Department) und Kaori Kuribayashi-Shigetomi (jetzt wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Hochschule für Gesundheitswissenschaften der Hokkaido Universität in Japan), unterdessen mittels Origami den Prototypen einer Herzgefäßprothese entwickelt, die sich auf nur 12 mm verkleinern lässt.

„TECHNISCHES ORIGAMI IST EINZIGARTIG, EFFIZIENT UND BIETET BREITERE ANWENDUNGSMÖGLICHKEITEN ALS HERKÖMMLICHE FERTIGUNGSVERFAHREN.“

KRISTINA WISSLING ORIGAMI-KÜNSTLERIN

Dieser sogenannte Stent, der aus Biokunststoff hergestellt wurde, kann in ein Blutgefäß eingeführt, an die verengte Stelle der Arterie geschoben und dort auf 23 mm entfaltet werden, um die Arterie zu weiten und den Blutfluss wieder in Gang zu setzen. Die beiden haben auch eine Technik entwickelt, die sie „Zellen-Origami“ nennen, wobei mit Zellen besetzte Mikrostrukturen gefaltet werden. Damit lässt sich künstliches Gewebe in dreidimensionale Hohlkörper verwandeln, und zukünftig könnte man so aus menschlichen Zellen biohybride Medizinprodukte, wie Stents und Transplantate, herstellen.

ANWENDUNGEN IM AUTOBAU

Zhong You untersucht darüber hinaus, wie sich die energieabsorbierenden Eigenschaften von Origami in der Automobilbranche nutzen lassen. „Meine bisherige Forschung hat gezeigt, dass viele Origami-Strukturen eine höhere Energieabsorptionsfähigkeit besitzen als bekannte Strukturen, selbst wenn sie aus denselben Materialien bestehen“, sagt You. „Ich habe eine Crashbox für Autos entwickelt, die im Falle eines Fahrzeugaufpralls 50% mehr Energie absorbieren kann als vorhandene Crashbox-Konstruktionen.“

Robert Lang setzt die Prinzipien des Origami auch im Automobilbau ein und arbeitet mit der in Hannover ansässigen Firma EASi Engineering an einer präziseren Simulation, wie sich Airbags entfalten. „EASi musste wissen, wo die Falten verlaufen würden, wenn man einen beliebigen Airbag flach auslegt“, erläutert Lang. „Ich habe ihnen einen Algorithmus gezeigt, mit dem man die Faltlinien ermitteln kann.“ Durch dieses Verfahren sind weniger Airbag-Crashtests erforderlich – und das spart den Herstellern viel Zeit und Geld.

EINFLUSS AUF UNSEREN ALLTAG

Technisches Origami trifft man auch im Alltag immer häufiger an. Denkt man nur an den selbsttätig zusammenklappbaren Kinderwagen von 4moms aus Pittsburgh oder die energieeffizienteste LED-Lampe der Welt von Nanoleaf, einem Unternehmen aus Hongkong, die aus gefaltetem Silizium anstelle von Glas besteht.

Das Londoner Architekturbüro Make hat einen vorgefertigten Verkaufsstand im Origami-Stil entwickelt, von dem bereits zwei Stück im Stadtteil Canary Wharf aufgebaut wurden. Im geschlossenen Zustand ist es eine kompakte, rechteckige Kiste, die sich beim Öffnen durch Falze und Scharniere in den Blechtafeln wie eine Ziehharmonika entfaltet. Das Design ist sowohl nachts, wenn der Kiosk geschlossen ist, sehr praktisch, als auch tagsüber um die Kunden zu bedienen, weil es dann zu einem offenen Gebilde mit natürlicher Überdachung wird.

Die 22-jährige Studentin der Innenarchitektur an der Arizona State University in Tempe, Nicole Pannuzzo, hat sogar die herkömmliche Zahncremetube mittels Origami-Technik neu designt, damit man sie vollständig ausdrücken kann.

DIE ZUKUNFT DER FALTKUNST

Die Vielzahl der Anwendungsgebiete lässt darauf schließen, dass dem technischen Origami noch Großes bevorsteht. „Ich glaube fest daran, dass die Origami-Methoden in nicht allzu ferner Zukunft auch neue Technologien, wie den 3D-Druck, erobern werden und den Designern damit ein weiteres Gestaltungselement zur Verfügung stehen wird“, sagt Lang.

„Das technische Origami ist ein neues, aufregendes Feld, das sich meiner Auffassung nach in den kommenden Jahren rasant weiterentwickeln wird. Ganz besonders jetzt, wo es viele Fördergelder und viel Forschung dahingehend gibt“, sagt You. „Hersteller und Ingenieure erkennen sein großes Potenzial. Ich erwarte, dass in den nächsten Jahren viele neuartige Strukturen und Materialien entwickelt werden.“

von Lindsay James Zurück zum Seitenbeginn
von Lindsay James

Sehen Sie hier Solarsegel - entwickelt nach dem Origami-Prinzip
https://www.youtube.com/watch?v=3E12uju1vgQ