- Durch die Abwandlung des Miura-ori-Origami-Musters entwickelte er eine Struktur, die das 10.000-Fache ihres Eigengewichts tragen kann, und gewann bei der JIC 2025 den Hauptpreis (25.000 US-Dollar)
- In mehr als 250 Stunden wiederholte er Design, Falten und Festigkeitstests und konzipierte eine Notunterkunftsstruktur, die sich im Katastrophenfall schnell einsetzen lässt
- In den Experimenten hielt die Struktur eine Last von über 200 Pfund aus; die Jury würdigte besonders Kreativität, ingenieurwissenschaftliche Strenge und Teamfähigkeit
- Obwohl er erst 14 ist, betreibt er seit etwa sechs Jahren Origami als Hobby und begann 2024, über das kreative Gestalten hinaus die physikalischen Eigenschaften von Origami zu erforschen
- Die Arbeit zeigt das Potenzial zur Verbesserung des Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses faltbarer Strukturen und besitzt Perspektiven für die künftige Entwicklung realer Katastrophenschutzstrukturen im Maßstab 1:1
Das Miura-ori-Muster und der Forschungshintergrund
- Miura-ori ist ein vom japanischen Astrophysiker Koryo Miura erfundenes Faltmuster. Es besteht aus tessellierten Parallelogrammen und lässt sich mit einer einzigen Bewegung zusammenfalten oder entfalten
- Es ist besonders aus der Luft- und Raumfahrttechnik bekannt und wurde etwa für NASA-Solarpaneele sowie den 1995 gestarteten japanischen Satelliten Space Flyer Unit eingesetzt
- Origami hat zwar eine jahrhundertealte Geschichte, doch ernsthaftes Interesse in Ingenieurwesen, Medizin, Mathematik und Architektur entstand erst seit den 1960er-Jahren
- Es findet Anwendung bei biomedizinischen Geräten wie Stents und Kathetern sowie bei selbstmontierenden Robotern
Experimente mit dem Miura-ori-Muster und Erkenntnisse
- Der 14-jährige Schüler Miles Wu aus New York stellte fest, dass nach dem Miura-ori-Origami-Muster gefaltetes Papier das 10.000-Fache seines Eigengewichts tragen kann
- Insgesamt verbrachte er mehr als 250 Stunden damit, verschiedene abgewandelte Muster zu entwerfen, zu falten und zu testen
- Wu begann vor rund sechs Jahren Origami als Hobby und erforscht seit 2024 im Rahmen von STEM-Projekten die physikalischen Eigenschaften geometrischen Origamis
- Ausgelöst durch den Landfall von Hurricane Helene in Florida und die Waldbrände in Südkalifornien entwickelte er die Idee, ein starkes und faltbares Origami-Muster für Notunterkünfte zu nutzen
- Bestehende Schutzunterkünfte haben das Problem, dass Robustheit, einfache Bereitstellung und Kosteneffizienz nur schwer gleichzeitig erreichbar sind
- Er plante daher eine Anwendung als Notunterkunft, die sich die Festigkeit und Faltbarkeit von Miura-ori zunutze macht
Versuchsablauf und Ergebnisse
- Mit einem Computerprogramm entwarf er abgewandelte Miura-ori-Muster und setzte Höhe, Breite und Parallelogramm-Winkel als Variablen fest
- Mit drei Papiersorten — Kopierpapier, leichtem Karton und schwerem Karton — faltete er 54 Varianten in jeweils zwei Exemplaren und führte insgesamt 108 Tests durch
- Um die Faltgenauigkeit zu erhöhen, verwendete er eine Rillmaschine
- Ein Muster mit einer Fläche von 64 Quadratzoll wurde zwischen Schutzschienen im Abstand von 5 Zoll gelegt und dann schrittweise belastet, bis es versagte
- Anfangs erwartete er eine Belastbarkeit von höchstens 50 Pfund, tatsächlich hielt die Struktur jedoch bis zu 200 Pfund aus
- Da Schulbücher und gusseiserne Pfannen aus dem Haushalt nicht ausreichten, musste er 50-Pfund-Hantelscheiben kaufen
- Das stärkste Miura-ori-Muster trug mehr als das 10.000-Fache seines eigenen Gewichts
- „Das entspricht demselben Verhältnis, als würde ein New Yorker Taxi das Gewicht von mehr als 4.000 Elefanten tragen.“
Auszeichnung und Bewertung
- Wus Forschung gewann bei der Thermo Fisher Scientific Junior Innovators Challenge 2025 den Hauptpreis (25.000 US-Dollar)
- Der Wettbewerb wird seit 1999 von der Society for Science veranstaltet, gilt als renommiertester STEM-Wettbewerb für US-Mittelschüler und Wu wurde unter 30 Finalisten auf Platz 1 gewählt
- Die Jury legte besonderen Wert auf persönliche Leidenschaft und möglichen gesellschaftlichen Nutzen
- Wu erhielt hohe Anerkennung, weil er sein langjähriges Origami-Hobby zu einem strukturtechnischen Experiment weiterentwickelte
- In einer Team-Challenge setzte er Origami-Prinzipien ein, um ein bewegliches Bauteil für einen Greifarm (crab arm) zu bauen, und zeigte dabei Kreativität, Anpassungsfähigkeit und Kooperationsfähigkeit
Analyse von Experten
- Der Princeton-Ingenieur Glaucio H. Paulino bewertete das Projekt als eine „hervorragende parametrische Untersuchung, die Geometrie als strukturelle Eigenschaft nutzt“
- Es zeige, dass sich durch die Anpassung von Zellgröße und Faltwinkel beim Miura-ori das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht deutlich verbessern lässt
- Für die Umsetzung einer realen Notunterkunft sei jedoch weitere Arbeit nötig
- Beim Hochskalieren werden dickere Origami-Lösungen benötigt
- Die Festigkeit von Origami skaliert nicht linear, und neue Aspekte wie Gelenkdesign, Unvollkommenheiten und Knicken müssen berücksichtigt werden
- Reale Unterkünfte müssen mehrdirektionale Lasten und Dauerhaftigkeit bewältigen; dafür braucht es mehr als kleine Drucktests, nämlich auch Bögen und eine Integration auf Systemebene
Weitere Pläne
- Wu plant, ein einzelnes Miura-ori-Element bogenförmig zu krümmen oder mehrere Miura-ori-Bögen zu kombinieren, um einen realen Prototyp einer Notunterkunft in rechteckiger oder zeltartiger Form zu entwickeln
- Zusätzlich zur seitlichen Kompression will er die Festigkeit gegenüber mehrdirektionalen Kräften testen
- Außerdem möchte er erforschen, ob sich verschiedene Origami-Muster in anderen Szenarien einsetzen lassen
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Wichtiger als die Formulierung „14 Jahre alt“ ist, dass er schon vor 6 Jahren mit Origami angefangen hat
Das ist das Ergebnis von 6 Jahren leidenschaftlichen Experimentierens und Weiterentwickelns
Dank Neuroplastizität ist auch die Lerneffizienz viel höher
Ich selbst habe mit 15 deutlich schneller gelernt als jetzt mit 35
Dass ich mich in der Highschool mit Gentoo Linux intensiv in Betriebssysteme eingearbeitet habe, wurde später zu einer wichtigen Grundlage für mein Wissen in Ingenieurwesen, Physik und Mathematik
Aber heute ist es ziemlich schwierig, fortgeschrittene Mathematik zu lernen
Er hat kein neues Design entwickelt, sondern eine von dem japanischen Astrophysiker Miura-Ori erdachte Struktur experimentell vermessen
Wirklich beeindruckende Forschung, aber ich bin mir nicht sicher, ob sich daraus direkt ein Bezug zu temporären Notunterkünften für Katastrophen ableiten lässt
Bei Zelten ist Druckfestigkeit nicht entscheidend, und Papier ist für Außenbedingungen nicht geeignet
Vermutlich hat der Journalist den Aspekt Katastrophenhilfe überbetont
Bei starkem Schneefall muss man nachts aufstehen und den Schnee abschütteln
Entscheidend ist der Maßstab (scale)
Eine Struktur, die im Inch-Bereich gut funktioniert, kann im Fuß-Bereich zusammenbrechen
Diese Struktur hält etwa 33 psi aus, aber Balsaholz kann mehr als 100 psi aushalten
Allerdings konzentriert diese Struktur den Druck auf die Kanten
Ich frage mich, ob sie sich als günstiger Kern für hochfeste Verbundwerkstoffe eignen könnte
Vielleicht könnten viele Mikrostrukturen zusammen wie eine biologische Form funktionieren
Am Ende des Artikels wird gut zusammengefasst, warum
Aber schon dieser Versuch ist Teil einer Reise in den obersten 0,1 %
Im Moment steht er erst ganz am Anfang dieses langen Wegs, und irgendwann wird diese Erfahrung in anderer Form Früchte tragen
Ich habe einmal eine IKEA-Tischplatte aufgeschnitten, und innen war sie mit Wellpappe gefüllt
Gegen Scherkräfte war sie schwach, aber für vertikale Lasten ausreichend
Sobald jedoch die Steifigkeit an den Seiten verloren geht, bricht sie leicht
Diese Struktur scheint in Z-Richtung ebenfalls stark, aber bei seitlichen Lasten schwach zu sein
Nach ein paar Jahren verziehen sie sich leicht
Der IKEA-Esstisch „SANDSBERG“ ist durch Metallverstärkungen deutlich besser
Vor 3 Monaten gab es schon einmal eine ähnliche Diskussion
Link zum zugehörigen Thread
Ich frage mich, ob diese Struktur ihre Eigenschaften zur Lastverteilung auch im 3D-Druck beibehalten würde
Es scheint, als könne man damit mit wenig Material sehr belastbare Teile herstellen
Nämlich Infill-Muster, von denen viele Varianten mit unterschiedlichen Festigkeiten und Eigenschaften existieren
Ich frage mich, welches Muster ideal wäre und wie man daraus einen Unterstand (shelter) bauen könnte
Es wäre sicher interessant, damit ein Spielhaus zu bauen
Siehe Miura-fold-Wiki-Artikel
Es ist wirklich faszinierend zu sehen, dass solche Strukturen so viel Gewicht tragen können
Das erinnert mich an eine Lego-Brücke, die zwei Ingenieure einmal bei Lego Masters gebaut haben
Zugehöriges Video
Insgesamt sieht es wie eine Eierpappe (egg carton) aus
Wenn eine leere Eierpappe 50 g wiegt, hieße das, dass man 500 kg daraufstellen kann, was ziemlich beeindruckend ist
Dreiecksstrukturen sind immer die Grundeinheit von Stabilität