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Das Erbe des Papierfliegers

Durch geschicktes Falten kann sich ein Gegenstand völlig verändern. Fans der uralten japanischen Faltkunst Origami wissen das schon lange. Jetzt sind auch Techniker und Mediziner begeistert.



Origami-Physiker Dr. Robert Lang bei seiner AUsstellung im Hangar 7 in Salzburg
Picture by Redbull

Jeder hat wohl schon einmal in der Schule ausprobiert, wie sehr ein einfaches Blatt Papier durch geschicktes Falten seine Eigenschaften und die seiner Umgebung verändern kann: In Form eines Papierfliegers wird es zum stromlinienförmigen, zielsicheren Geschoss. Und der anwesende, geduldig vortragende Lehrer bekommt beinahe ebenso zielsicher einen Wutanfall.

Wo die historischen Wurzeln des Papierflieger-Faltens liegen ist nicht sicher obwohl viele der segelnden Unruhestifter ganz bestimmt von Kindern entwickelt worden sind. Mit Sicherheit uralt ist hingegen die asiatische Faltkunst Origami, die von Japan aus im Mittelalter ursprünglich als zeremonielles Ritual den Weg in die Welt der Bastelfreunde fand.

Traditionell ist ein quadratisches Blatt Papier von 15 Zentimeter Kantenlänge das Rohmaterial, aus dem sich ohne Schneiden, Reißen, Kleben oder Anstückeln Kraniche, Fische und andere Tiere und Figuren falten lassen. Fanatische Faltfreaks haben nun vor etwa 50 Jahren begonnen, mithilfe mathematischer Berechnungen immer aufwändigere, neue Papierskulpturen zu entwerfen. Komplizierte Falt-Formeln entstanden, die der japanische Mathematiker Humiaki Huzita zu "Origami-Axiomen" weiterentwickelte. Auch das Internet hat einen neuen Origami-Boom ausgelöst: Kunstvolle Faltanleitungen sind auf unzähligen Webseiten nachzublättern, und im "Hangar 7" in Salzburg lief im September 2005 eine gut besuchte Origami-Ausstellung. (Buchempfehlung: "Die Vielfalt der Faltkunst" im Hatje Cantz Verlag, ISBN 3-7757-1628-9)

Ein Pkw-Airbag entfaltet sich im Computermodell nach Origami-Berechnungsformeln
Picture by Robert Lang

Während die Falt-Fangemeinde weiter wächst, haben auch Forschung und Industrie entdeckt, welches Potential in den teils jahrhundertealten Falttechniken steckt. US-Laser-Physiker Dr. Robert Lang, der sich seit Jahren mit dem Thema befasst: "Es ist ganz erstaunlich, wie Experimente, die ursprünglich rein künstlerischen Hintergrund hatten, plötzlich zu konkreten praktischen Anwendungen führen."

Verbreitetstes Beispiel ist der in jedem modernen Auto eingebaute Airbag, der Insassen bei einem Unfall in Bruchteilen einer Sekunde vor schweren Verletzungen schützen soll. Wichtig dabei ist, dass sich der kompakt zusammengelegte Luftsack im Ernstfall nicht nur besonders schnell, sondern auch ganz gezielt in die richtige Richtung entfaltet, sodass das Gesicht – oberhalb des Lenkrads – und der Oberkörper von Fahrer und Beifahrer gleichzeitig "abgefangen" werden. Dr. Lang: "Die mathematischen Regeln der Falt- und Entfaltungstechnik, die aus dem historischen Origami entwickelt wurden, werden hierbei in Computersimulationen angewendet."

Auch bei der Knautschzone eines Pkw ist es wichtig, dass sich die Metallteile "richtig" zusammenfalten, also möglichst viel von der Aufprallenergie abfangen und dabei nicht die Insassen gefährden. Manche Fahrzeughersteller verwenden hier ebenfalls mit Erfolg die Origami-Regeln.

Ein Airbag explodiert: Aufnahme nach 0,0132 Sekunden
Picture by Mercedes

In der modernen Medizin werden kleine Röhrchen mit Metallgittern bei Operationen eingesetzt, um Blutgefäße, aber auch Luft- und Speiseröhren nach außen abzustützen. Das Problem dabei: Das Röhrchen – ein sogenannter Stent – muss vom Chirurgen eingesetzt werden und sich dann an der gewünschten Stelle von alleine ausdehnen. Perfekte Falttechnik ist auch hier im Spiel.

Aus der Raumfahrtindustrie werden die Erkenntnisse der Origami-Forscher bald nicht mehr wegzudenken sein: Der Platz in Transportraketen, die Satelliten in die Erdumlaufbahn schießen, ist stark begrenzt. Daher ist oft die richtige Verpackungstechnik entscheidend, wenn man große Objekte ins All befördern will. Raumsonden wie der "Marsexpress" der ESA entfalten erst am Ende einer langen Reise ihre Solarzellen-"Flügel", die die Energieversorgung sichern. Und japanische Forscher tüfteln seit Jahren an einem Solarkraftwerk mit großflächigen Sonnenkollektoren, das seine Energie per Laserstrahl aus dem Orbit zu Erde senden soll: Eine fußballfeld-große Herausforderung an die Falt-Techniker.

Als bisher unlösbar galt das Problem, große, optische Linsen an Bord einer Rakete ins All zu befördern, um von dort aus, wie das berühmte Hubble-Teleskop der NASA, spektakuläre Aufnahmen aus den Tiefen des Universums zu schießen. Hubble ist – vollständig zusammengebaut – 13 Meter lang und verwendet eine Optik mit etwas mehr als zwei Meter Durchmesser um Sternenbilder einzufangen. Das Maximum an Größe, das für den Transport möglich war.

Heute können die größten Trägerraketen in einem Stück immerhin Objekte von etwa 10 Meter Länge und vier Meter Durchmesser ins All bringen. Aber zumindest bei Teleskopen gilt: je größer, desto besser. Deshalb arbeiten Forscher um den US-Physiker Rod Hyde an einer zusammenfaltbaren optischen Linse, die auf der Erde in eine große Transportrakete passt und sich im Weltraum, wo mehr als genug Platz ist, zu einem Durchmesser von bis zu 100 Meter entfalten lässt.

Das "Eyeglass-Telescope" für den Weltraum des Physikers Rod Hyde lässt sich für den Transport auf ein Drittel zusammenfalten

Hier kommt wieder modernes Origami ins Spiel, denn so eine Optik muss sehr präzise sein, um scharfe Bilder einzufangen, und die Weiterentwicklung der uralten Faltkunst ermöglicht dies. Bei einem ersten Faltlinsen-Prototyp von fünf Meter Durchmesser gelang es immerhin, die "Versandgröße" auf ein Drittel zu reduzieren.

Ein Problem, für das Mutter Natur viele Millionen Jahre Zeit hatte. Denn auch bei Blättern und Blütenknospen ist eine perfekte, platzsparende Falttechnik selbstverständlich.

Unter dem Mikroskop sind Biophysiker nun dem Geheimnis der speziellen Falttechnik von Proteinen auf der Spur, weil dieses bisher wenig beachtete Detail die Eigenschaften der Proteine entscheidend ändern kann und das Protein bei "schlechter Faltung" – wie ein falsch gefalteter Papierflieger – nicht richtig funktioniert. Das kann zu so unheilbaren Krankheiten wie Alzheimer führen.


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© Eine Reportage von T. Micke (02-10-05) – Kontakt