Cleveres Falten ermöglicht es: Origami-Künstler können aus einem Stück Papier erstaunlich komplexe Gebilde entstehen lassen. Das grundlegende Konzept hat auch in der Technik Bedeutung: Von der Robotik bis zur Raumfahrt ist es oft wichtig, Strukturen möglichst effizient ein- und auspacken zu können. Wie so oft haben auch in diesem Fall die technischen Konzepte Pendants in der Natur. Eines der erstaunlichsten Beispiele dafür ist der Flügel des Ohrwurms. Seine Fähigkeiten übertreffen die Leistungen menschlicher Falttechniken bei weitem.
Wie macht’s der Ohrenkneifer?
Manch einer wird erstaunt sein, dass die kleinen Krabbler mit der Zange am Hintern überhaupt Flügel besitzen, denn verpackt sind diese Körperteile kaum an dem schlanken Insekt erkennbar. In diesem Zustand sind die filigranen Gebilde geschützt, wenn der Ohrwurm etwa durch Gestrüpp oder Erdtunnel wuselt. Wenn sich er sich allerdings durch die Luft bewegen möchte, kann er seine Tragflächen fix und elegant ausbreiten. Geöffnet sind seine Flügel mehr als zehnmal größer als im geschlossenen Zustand – ein Weltrekord im Tierreich. Will man menschliche Falttechniken optimieren, ist deshalb dieses Insekt das ideale Vorbild, ist das Forscherteam der ETH Zürich und der Purdue University in West Lafayette überzeugt. Im Rahmen ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler deshalb detailliert den Aufbau und die Funktionsweise der Ohrwurm-Flügel und entwickelten dazu Computersimulationen.
Wie sie zeigen konnten, ist ein zentraler Aspekt des Naturpatents die Elastizität der Falten. Der Clou: Sie können entweder als Zug- oder Drehfedern fungieren. Das Geheimnis hinter dieser Fähigkeit ist eine spezielle Substanz: das fädige Protein Resilin. Eine Falte wirkt als Zug- oder Drehfeder, je nachdem wie dick die Resilin-Strukturen sind und welche Anordnung sie aufweisen. Manchmal können sogar beide Funktionen kombiniert vorliegen, berichten die Forscher. Besonderes Augenmerk legten sie auch auf eine zentrale Funktionseinheit des Ohrwurmflügels – auf das Flügelmittelgelenk, wo sich die Faltlinien in speziellen Winkeln kreuzen. „Diese Stelle arretiert den Flügel im offenen wie im geschlossenen Zustand“, erklärt Co-Autor Jakob Faber von der ETH Zürich.
Origami-Strukturen nach dem Ohrwurm-Patent
Ihre Erkenntnisse aus den Untersuchungen des natürlichen Vorbildes setzten die Forscher anschließend für das Design künstlicher Strukturen um. Mithilfe eines Multimaterial-Druckers stellten sie Elemente aus harten Kunststoffplatten her, die durch einen elastischen Kunststoff untereinander verbunden sind. Es gelang ihnen, diesen Verbindungsfalten Federfunktionen zu verpassen, sodass diese Zug- oder Drehbewegungen ausführen können, die denen des natürlichen Vorbilds entsprechen. So erreichten sie auch ähnliche Leistungen: In geöffneter Form sind die Elemente stabil. Tippt man sie aber an, faltet sie sich von selbst zusammen.
