Origami og STEM

Når kunsten folder sig ind i videnskaben

 

Origami er langt mere end blot en kreativ hobby. I dag er origami en kraftfuld inspirationskilde for udviklingen af innovative strukturer inden for naturvidenskab (Science), teknologi (Technology), ingeniørvidenskab (Engineering) og matematik (Mathematics) – de såkaldte STEM-fag.

Origami er ofte forbundet med æstetisk smukke papirfigurer, men de fundamentale geometriske og strukturelle principper tiltrækker også opmærksomhed fra forskere og ingeniører. Det skaber et samspil mellem kunstnerisk udfoldelse og videnskabelig tænkning der samtidig bidrager til at styrke innovation og kreativitet inden for de traditionelle STEM-discipliner.

 

Design fra 2D til 3D

Kernen i origami ligger i evnen til at forvandle et fladt, todimensionelt stykke papir til komplekse, tredimensionelle strukturer – udelukkende ved hjælp af foldeteknikker.

Pladsbesparelse: Foldeteknikker muliggør komprimering af store strukturer til en brøkdel af deres oprindelige størrelse. Dette er essentielt, hvor plads er knap, som i rumfart med trange raketkomponenter eller i byer, hvor kompakte løsninger kræves.

Transport og opbevaring: Foldbare strukturer gør transport og opbevaring mere effektivt, hvilket både reducerer omkostninger og miljøbelastning. Dette er relevant for alt fra emballageoptimering til transport af store genstande.

Fleksibilitet og tilpasning: Foldbare designs kan nemt tilpasses forskellige former og funktioner, hvilket giver stor designfrihed. Dette er især vigtigt inden for robotteknologi, hvor robotter skal kunne tilpasse sig forskellige opgaver og miljøer.

Materialebesparelse: Ved at anvende foldeteknikker kan materialeforbruget optimeres, hvilket minimerer spild og gør produktionen mere bæredygtig.

Funktionalitet: Foldbare strukturer kan automatisk udfolde sig eller justere form og stivhed. Dette er især relevant i medicinsk teknologi, hvor apparater skal indføres kompakt og derefter udfolde til fuld funktion.

Bæredygtighed: Foldbare løsninger bidrager også til bæredygtighed, især inden for emballage. Ved at kunne folde emballage kan transportpladsen optimeres, hvilket reducerer CO2-udledningen betydeligt.

Origamiens Indflydelse på Videnskab og Teknologi

Origamiens foldeprincipper har fundet overraskende anvendelser inden for en række videnskabelige og teknologiske områder:

 

Rumfart:

NASA har i flere projekter taget inspiration fra origami til design af rumfartøjer . Da pladsen i raketter er begrænset til omkring 5 meter i diameter, har NASA været nødt til at udvikle teknikker til at folde store strukturer sammen, så de kan opsendes kompakt og derefter udfolde sig i rummet. Origamiens matematik har givet løsninger til, hvordan store, tynde materialer kan foldes sammen på en effektiv og præcis måde.

NASA's brug af origami har ført til innovative løsninger, som inkluderer:

  • Solpanelerne på Den Internationale Rumstation (ISS) anvender et z-foldningsmønster for at maksimere effektiviteten og spare plads.
  • Mars Phoenix landeren benyttede sig af viftefoldede solpaneler kendt som UltraFlex for at spare plads under transport.
  • Starshade-projektet udvikler en stor, blomsterlignende optisk skærm , der kan foldes præcist sammen og derefter udfolde sig med millimeterpræcision. Formålet er at skygge for stjerner og muliggøre, at teleskoper kan fotografere exoplaneter.
  • Origami-teknikker inspirerer også udviklingen af solsejl og solskærme til fremtidige rumteleskoper.
  • Origamiens pladsbesparende egenskaber kan spille en vigtig rolle i muliggørelsen af bemandede missioner til Mars ved at optimere lagerplads og design.

Fold din egen Starshade: Læs mere på NASA's hjemmeside.

 

 

Nødhjælp:

  • Origamiske idéer anvendes også i designet af udfoldelige nødhjælpsboliger og telte, der med lethed og stor effektivitet kan opstilles hurtigt i fx katastrofeområder, hvor behovet for hurtige og praktiske løsninger er essentielt.

 

Robotteknik:

  • Robotgribere, der udnytter foldemekanismer til at opnå bevægelser, som efterlignere hænder, og kan udnyttes på fabrikker eller på steder hvor mennesker ikke kan komme frem.

 

Selvfoldende materialer:

  • Forskere undersøger, hvordan origami-inspirerede mønstre kan anvendes i udviklingen af selvfoldende materialer og mekaniske metamaterialer. Ved at inkorporere specifikke foldemønstre i materialer kan man opnå unikke egenskaber såsom justerbar stivhed og evnen til at absorbere energi på nye måder.

Nanoteknologi:

  • Inden for biologi har origami inspireret til udviklingen af DNA-origami, hvor lange DNA-strenge foldes til selv-assemblerende nanostrukturer med præcise to- og tredimensionelle former. Dette åbner for nye muligheder inden for nanoteknologi og ingeniørvidenskab på mikroskopisk skala.

Emballage og Design:

  • Dette viser, hvordan papirfoldning kan føre til mere fleksible og materialebesparende designs, der samtidig understøtter udviklingen af innovative og ressourceeffektive løsninger.
  • Origamiens principper kan anvendes til at designe bæredygtige og funktionelle emballageløsninger, som den nævnte udfoldelige beholder, der kombinerer kreativitet, effektivitet og miljøvenlighed i ét og samme design.

 

Medicin:

  • Ingeniører ser på origami for at skabe udfoldelige medicinske apparater som stents, der kan indsættes i kroppen i en kompakt form og derefter udfolde sig til at støtte blodkar. Der forskes også i muligheden for at udvikle små, indtagelige robotter baseret på origami-principper, der kan udføre medicinske opgaver inde i kroppen.

 

 

Ventilteknologi:

  • Cylindriske origami-strukturer udvikles til mange former for ventiler. Den unikke er, at konstruktionen kan laves ud af ét stykke. Det sikrer bedre tæthed og mindre rengøring, der fx er særligt relevant for medicinalindustrien.
  • Et eksempel er det der hedder Kresling-ventiler. De bruges til farmaceutiske operationer inden for lægevidenskaben som lægemiddelbærere og prøveudtagere.

 

Origami i Uddannelsen: Udvikling af STEM-Færdigheder

Origami spiller også en vigtig rolle i STEM-uddannelse, hvor det ofte integreres i det bredere STEAM-koncept. Det er en engagerende og praktisk måde at undervise i matematiske og naturvidenskabelige principper på. Gennem origami udvikler eleverne rumlig forståelse, logisk tænkning og problemløsningsevner.  

Undersøgelser viser, at brugen af origami i undervisningen kan øge elevernes engagement og motivation for STEM-fagene. 

Konklusion: Det Foldede Potentiale i STEM

Sammenfattende er forbindelsen mellem origami og STEM tæt og gensidigt berigende. De principper, der ligger til grund for papirfoldning, fortsætter med at inspirere forskere og ingeniører til at finde innovative løsninger på komplekse videnskabelige og teknologiske udfordringer. Fra rumfart til medicin og fra nanoteknologi til uddannelse demonstrerer origamiens alsidighed et enormt potentiale. Fremtidige fremskridt vil sandsynligvis i endnu højere grad drage fordel af integrationen af kunstnerisk inspiration og videnskabelig tænkning (STEAM), hvor origami fungerer som et brobyggende element mellem disse tilsyneladende adskilte domæner.