CAMBRIDGE / LONDON (IT BOLTWISE) – Forscher am MIT haben ein neues Material entwickelt, das sich mit einem einfachen Zug an einer Schnur in jede beliebige 3D-Struktur verwandeln kann. Inspiriert von der japanischen Papierkunst Kirigami, könnte diese Innovation in Bereichen wie Medizin, Robotik und Raumfahrt revolutionäre Anwendungen finden.
Die Grenze zwischen Mathematik und Kunst ist oft fließend, und das gilt auch für die Materialwissenschaft und Papierkunst. Forscher am MIT haben ein Material entwickelt, das auf den ersten Blick unscheinbar wirkt, sich jedoch mit einem einfachen Zug an einer Schnur in jede gewünschte 3D-Struktur verwandeln kann. Diese Entwicklung basiert auf der japanischen Papierkunsttechnik Kirigami und könnte weitreichende Anwendungen finden, von tragbaren medizinischen Geräten bis hin zu modularen Raumhabitaten auf dem Mars.
Das Team, das von MITs Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory geleitet wird, hat einen Algorithmus entwickelt, der die gewünschte 3D-Struktur in ein flaches Gitter aus quadratischen Kacheln übersetzt. Diese Methode ahmt die Technik von Kirigami-Künstlern nach, die Material auf bestimmte Weise schneiden, um ihm einzigartige Eigenschaften zu verleihen. Der angewandte Mechanismus ist als auxetischer Mechanismus bekannt, der sich beim Dehnen verdickt und beim Zusammendrücken dünner wird.
Der Algorithmus berechnet den optimalen Schnurweg, um Reibung zu minimieren und die Hebepunkte entlang der Oberfläche zu verbinden, sodass das Gitter mit einem sanften Zug zur beabsichtigten 3D-Struktur wird. Akib Zaman, der Hauptautor der Studie und Doktorand am MIT, betont die Einfachheit des Antriebsmechanismus: “Alles, was sie tun müssen, ist, ihr Design einzugeben, und unser Algorithmus kümmert sich um den Rest.”
Nach zahlreichen Simulationen nutzte das Team seine Methode, um mehrere reale Objekte zu entwerfen, darunter medizinische Werkzeuge wie Schienen oder Haltungskorrektoren und igluartige Strukturen. Der Algorithmus ist zudem “agnostisch gegenüber der Herstellungsmethode”, sodass die Forscher mit lasergeschnittenen Sperrholzkästen einen voll einsatzfähigen, menschengroßen Stuhl schufen, der laut der Studie tatsächlich als Stuhl genutzt werden konnte.
Die Forscher weisen darauf hin, dass es bei größeren architektonischen Strukturen wahrscheinlich “maßstabspezifische technische Herausforderungen” geben wird. Dennoch ist die neuartige Methode einfach zu verwenden und relativ zugänglich, sodass das Team nun enthusiastisch nach Wegen sucht, diese Herausforderungen zu meistern und zusätzlich kleinere Strukturen mit dieser Technik zu bauen. Zaman hofft, dass Menschen diese Methode nutzen können, um eine Vielzahl unterschiedlicher, einsetzbarer Strukturen zu schaffen.
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