Ohrwurmflügel Origami aus dem 3D-Drucker

Forscher der ETH Zürich haben multifunktionale Origami-Strukturen entwickelt und stellen diese mit dem 3D-Drucker her. Das Prinzip ist dem des Ohrwurms sehr ähnlich. Die Flügel des Ohrwurms werden durch das Flügelmittelgelenk ohne Energie aufgefalten bzw. zusammengefalten.

Wie bei Origami, der Faltkunst aus Japan, kommen die Falttechniken auch in der Natur vor. Diese sind weit ausgeklügelter und komplexer als die vom Menschen. Der Ohrwurmflügel beispielsweise wird im geöffneten Zustand um das Zehnfache größer als im geschlossenen Zustand.

Der geöffnete Flügel ist stabil ohne weiterer Krafteinwirkung, um ihn zu schließen bedarf es nur einen “Klick” und der Flügel faltet sich von selbst zusammen ohne Muskelkraft.

Forscher der ETH Zürich und der Purdue University habe eine künstliche Struktur geschaffen, die nach diesem Prinzip funktioniert. Mittels einer Computersimulation haben sie in der Studie den Flügel nachgebaut um Aufbau und Funktionsweise zu analysieren. Eine Arbeit zu ihren Erkenntnissen erschien in der Fachzeitschrift Science.

Die Falten des Ohrwurmflügels sind mit Resilin, einem fädigen Protein ausgestattet. Je nach Anordnung und Dicke der Resilin-Lagen hat die Falte die Funktion als Zugfeder, Drehfeder oder manchmal auch beides kombiniert. Besonders interessant ist das Flügelmittelgelenk. Hier kreuzen sich Faltlinien in Winkeln, was es beim Origami nicht gibt.

Realisiert wurden die Prototypen mit einem Multimaterialdrucker. Mit diesem wird ein sogenanntes 4D-Element in einem Durchgang mit vier harten Kunstoffplatten die mit elastischen weichen Kunststoff verbunden sind gedruckt. Der Zustand der Verbindungsfalten wurde dem Material “einprogrammiert” um entsprechend Zug- oder Drehbewegungen zu erhalten. Im geöffneten Zustand ist das Element gleich dem Instektenflügel stabil und durch kurzes Antippen klappt es von selbst in sich zusammen.

Einsatzgebiete wären zum Beispiel Solarsegel für Satelliten bzw. Raumsonden die beim Transport ins All kompakt zusammengefaltet sind um Platz zu sparen und erst am Einsatzort aufgefaltet werden. Aber auch Wurfzelte, Landkarten oder Packungsbeilagen wären eine Verwendungsmöglichkeit. Somit würde man sich das lästige zusammenfalten sparen können.

Autoren der Arbeit sind Jakob a. Faber, Adres F. Arrieta und André R. Studart.