Origami-Strukturen: Oberflächen für entfaltbare Stadionkuppeln
Innovation eines internationalen Forscher-Teams ermöglicht Lösungen für zahlreiche Anwendungen
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Origami-Strukturen lassen sich bald praktisch für viele Anwendungen nutzen (Bild: Peng et al.) |
Newark/Singapur (pte003/02.06.2025/06:10)
Origami-Strukturen entfalten sich künftig zu nahtlosen Oberflächen für entfaltbare Anwendungen. Diese Entwicklung gelang Wissenschaftlern um Rui Peng von der National University of Singapore und Gregory S. Chirikjian von der University of Delaware in ihrer Studie. Die Forschungsergebnisse publizierten sie vor Kurzem in der Fachzeitschrift "Nature Communication".
Ausgedehnte Konfigurationen
Das Forscher-Team hat eine Möglichkeit gefunden, um entfaltbare Strukturen zu schaffen, die sich von kompakten gefalteten Zuständen in ausgedehnte Konfigurationen mit perfekt glatten Oberflächen verwandeln. Technische Systeme, die von Origami inspirierte Faltmechanismen nutzen, sind ein Schwerpunkt bei der Entwicklung kompakter, funktioneller Designs für die Luft- und Raumfahrt, Notfälle und medizinische Anwendungen.
"Bestehende Methoden führen oft zu struktureller Komplexität oder können keine nahtlosen Oberflächen garantieren, was ihre praktische Anwendbarkeit erheblich einschränkt", erklärt Chirikjian im Gespräch mit der Wissenschafts-Plattform Phys.org. "Unsere Motivation ist es, den Anwendungsbereich der dicken Origami-Techniken zu erweitern, indem wir diese Einschränkungen beseitigen."
Eliminieren statt addieren
Die Forscher haben eine innovative Methode entwickelt: Statt Elemente hinzuzufügen, entfernten sie bestimmte Platten vollständig. Ein kleiner Bereich der Gesamtstruktur besteht aus drei Platten, die durch zwei Talfalten oder konkave Falten verbunden sind. Die Forscher beseitigten die Lücke in der eingesetzten Struktur, indem sie die mittlere Platte entfernten und die Platten auf beiden Seiten verlängerten.
Der Ansatz funktioniert, weil die Origami-Struktur von Natur aus überfordert ist. Die Forscher erreichten ein einfacheres Design, indem sie Paneele entfernten und dabei die Funktionalität der Struktur beibehalten konnten. Der Erfolg liegt in nunmehr erfüllten geometrischen Bedingungen, die die Bewegungskompatibilität sicherstellen. Die Anwendung eines strengen mathematischen Ansatzes sorgt dafür, dass sich die Strukturen wie vorgesehen falten, auch wenn Oberflächenlücken beseitigt werden.
Die Entwicklung der Forscher ist ein entscheidender technischer Schritt zur Schaffung glatter, ununterbrochener Oberflächen, die Ingenieuren eine praktische Lösung für viele Anwendungen bieten. Für groß angelegte architektonische Konstruktionen könnten diese Strukturen entfaltbare Stadionkuppeln, wasserdichte Überdachungssysteme oder Weltraumteleskope ermöglichen. Auch ließen sie sich für umbaubare Autokomponenten verwenden. Und im kleinsten Maßstab wären sie in weichen Robotersystemen für chirurgische Anwendungen nutzbar.
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