An der Georgia Tech untersuchen Forscher, wie die Prinzipien aus der Kunst des Papierfaltens (Origami) mit 3D-Druck eingesetzt werden können. Das US-amerikanische Verteidigungsministerium unterstützt die Arbeit der Forscher jetzt mit zwei MURI-Awards in Höhe von insgesamt 14 Mio. USD. Wir stellen eines der Projekte, das dem 4D-Druck zuzuordnen ist, vor.

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Das US-amerikanische Verteidigungsministerium (DoD) hat die Georgia Tech mit zwei 2022 Multidisciplinary University Research Initiative (MURI)-Auszeichnungen in Höhe von insgesamt rund 14 Mio. USD (12,89 Mio. EUR) ausgezeichnet. Eines der Projekte heißt „Programming Multistable Origami and Kirigami Structures via Topological Design„.

Laut einem Artikel der Georgia Tech wird im Rahmen des Projekts untersucht, wie die Prinzipien aus der Kunst des Papierfaltens (Origami) mit 3D-Druck eingesetzt werden können. Es sollen leichte und flexible Strukturen entstehen, die ihre Form verändern können. Die Strukturen sollen zwischen unterschiedlichsten stabilen Geometrien wechseln, um bestimmte Aktionen auszuführen oder sich an sich ständig ändernde Umweltbedingungen anzupassen. Die Anwendungen sollen für Bereiche von 3D-gedruckter multifunktionaler Robotik bis hin zu Morphing-Brücken und zusammenklappbaren Hochfrequenzkomponenten wie Antennen geeignet sein.

Gebäude der Georgia Tech
Forschungsarbeit an der Georgia Tech wird mit zwei 2022 MURI-Awards für insgesamt 14 Mio. USD ausgezeichnet (im Bild: Gebäude an der Georgia Tech)(Bild © Georgia Tech).

Die MURI-Awards werden an Projekte vergeben, um Forscher zu unterstützen, welche Arbeiten durchführen, die eines Tages im Verteidigungssektor genutzt werden könnten. Schon in 2018 haben wir darüber berichtet, dass die Georgia Tech Prothesen und Elektrobauteile mit einem 4D-Drucker herstellt.

Origami und Softrobotik

Multifunktionale Strukturen
Die Faltkunst Origami soll mit 3D-Druck Materialien mit transformierbaren Eigenschaften, faltbare kugelsichere Schilde und mehr hervorbringen (im Bild: Beispiele)(Bild © Harvard University).

Die Origami-Kunst verwandelt ein flaches, quadratisches Stück Papier durch Falten in eine Skulptur. Werden bei Designs Schnitte verwendet, wird das als Kirigami bezeichnet. In der Softrobotik werden programmierbare Faltungen und Betätigungsmechanismen genutzt, um mit 4D-Druck Roboter herzustellen, die ihre Form im Laufe der Zeit ändern.

Multistabile Origami-Strukturen haben ein hochkomplexes Verhalten aufgrund ihrer hohen Anzahl von Falten und Kräften, die sich beeinflussen. Die Forscher entwerfen umfassende mathematische Modelle, um die Verhaltensweisen zu charakterisieren und zu programmieren. Sie hoffen, so ihre eigenen 3D-Druck- und fortschrittlichen Herstellungsprozesse zu ermöglichen, um Sensorik und Betätigung in diese Strukturen zu integrieren. Das Team wird experimentelle Testumgebungen entwickeln, um ihre Origami-basierten Designs zu bewerten und zu optimieren.

Zeb Rocklin, Georgia Tech Assistant Professor, sagte:

„Dieses Projekt profitiert von der Fähigkeit von Georgia Tech, enge, leistungsstarke Verbindungen zwischen der Entwicklung fortschrittlicher Technologien und der Entwicklung universeller, mathematisch strenger physikalischer Theorien zu entwickeln. Wir gehen von Konzepten aus, die sich jeder vorstellen kann, indem er ein Stück Origami betrachtet oder befühlt, und verwenden Robotik und multifunktionalen 3D-Druck, um komplexe, flexible und robuste dynamische Strukturen zu schaffen, die Dinge tun können, die noch niemand zuvor gesehen hat.”

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