Zusammenfassung:
Sie haben höchstwahrscheinlich eine Hoberman-Kugel gesehen – ein dynamisches Gitter aus Gelenkstäben, das mit nur wenig manueller Kraft zusammenfallen oder sich ausdehnen kann. Inspiriert von der alten japanischen Kunst des Origami und des Papierschneidens entwickelte ein Forschungsteam der Harvard University in den Vereinigten Staaten und der Universität Tokio in Japan eine Reihe erweiterbarer Strukturen.
Sie ähneln Hobermann-Kugeln, sind jedoch auch durch Stäbe und Scherengelenke verbunden. Die Forscher nennen es eine „faltbare Scherenoberfläche und ein planares Verbundgitter“, aber es könnte cooler und einfacher zu tippen sein, wenn es „Hobegami“ heißt.
In dieser Studie kann ein torusförmiges, planares Verbundgitter zu einem Zylinder gefaltet werden. „Origami zeigt, wie Falten Formen kodieren, und Kirigami zeigt, wie Schnitte Bewegung auslösen und Strukturfunktionen verleihen“, sagte der leitende Autor Lakshmi Narayanan Mahadevan, Professor für angewandte Mathematik, Organismenbiologie und Physik an der Harvard University. „Diese Studie stellt eine Komplementarität dar. Frage: Was kann erreicht werden, wenn die Grundbausteine nicht mehr Falten oder Schnitte, sondern Verbindungen sind?“
Für Objekte, Werkzeuge, Strukturen und Fahrzeuge ist Faltbarkeit ein wertvolles Designmerkmal, wenn Volumen und nicht nur Masse der begrenzende Faktor ist. Ganz gleich, ob Sie ein U-Boot, ein Frachtflugzeug oder ein Raumschiff fliegen, um die Raumstation mit Nachschub zu versorgen: Wenn Sie die Treibstoffkosten des zusätzlichen Gewichts tragen können, können Sie, anstatt die Anzahl der mitgeführten Gegenstände zu reduzieren und nicht faltbare Gegenstände zu wählen, mehr faltbare Möbel, Helme, chirurgische Implantate, Habitate, Cubesats, Raumanzüge, Flugtorus und Nurflügler laden und so die Anzahl teurer und riskanter Transporte reduzieren.
Um die Faltbarkeit zu einem Kernmerkmal des Objektdesigns zu machen, entwickelte Toyonagas Team einen analytischen Designalgorithmus, der nach und nach komplexe Scherenoberflächen erstellen kann. Toyonaga erklärt: „Die Gesamtform kann durch rein lokale Regeln verstanden werden, die die gesamte Struktur auf der Grundlage einer Reihe einfacher geometrischer Entscheidungen formen können.“
Dieser „Block-für-Block“-Ansatz besteht darin, genauer gesagt Gelenk für Gelenk aufzubauen, ausgehend von einer einzelnen Verbindung und nach oben arbeitend, um das Ganze zu konstruieren, anstatt von der vollständigen Form auszugehen und dann rückwärts zu arbeiten, um die einzelnen Gelenke darin abzuleiten. Der gesamte Prozess erfordert nur wenige Designparameter.
Mit dieser Methode entwarf und fertigte Toyonagas Team zusammen mit Colter J. Decker und Robert J. Wood von der Harvard University sowie Seri Nishimoto und Tomohiro Tate von der Universität Tokio Strukturen in verschiedenen Formen, darunter Spiralen, Torusse und „Eierschachtel“-Strukturen.
Diese dynamischen Strukturen stimmen möglicherweise nicht ganz mit den beeindruckenden Beschreibungen in der Arbeit des Forschungsteams überein, aber Harvards planares Verbundgitter hat einen weiteren zusätzlichen Vorteil, der in der Arbeit nicht erwähnt wird: Ästhetik. Mit ihren eleganten geometrischen Formen könnten diese „Hobegami“-Strukturen mehr Designer dazu inspirieren, Faltbarkeit in Produktdesigns zu integrieren. Denn wer würde sich für ein statisches Produkt entscheiden, wenn Sie ein Produkt wählen könnten, das seine Form dynamisch ändert, wie eine Low-Tech-Version von Transformers, gegenüber einer praktischen Box, einem Stuhl, einem Tisch, einem Zelt oder einem anderen Objekt?
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