Vouwen voor de wetenschap

Robert J. Lang uit het Amerikaanse Californië heeft in de loop der jaren honderden creaties op zijn naam gezet, voor het grootste deel geïnspireerd door de dierenwereld. Hij heeft een voorkeur voor insecten, maar ook de vissen, vogels en zoogdieren die hij maakt, zijn indrukwekkend. Door het bijzondere papier waaruit ze bestaan, zijn ze vaak niet van echt te onderscheiden. Dat vinden zijn afnemers ook, want hij verkoopt zijn werk voor bedragen die variëren van enkele honderden tot duizenden dollars per stuk. Met zijn werk heeft hij al diverse prijzen in de wacht gesleept.

De Amerikaan heeft van origami zijn beroep gemaakt, maar verloochent zijn afkomst als natuurkundige niet. Dat hoeft ook niet, want de van oorsprong Japanse vouwkunst heeft niet alleen een kunstzinnige, maar ook een wetenschappelijke kant. In elke creatie stopt Lang volgens eigen zeggen -bewust of onbewust- een flinke brok wiskunde. Daarnaast heeft origami praktische toepassingen. Zo werkt hij nauw samen met het Californische Lawrence Livermore National Laboratory. Daar ontwerpen onderzoekers een reusachtige ruimtetelescoop die zo groot is dat een raket de lenzen in opgevouwen toestand in de ruimte moet brengen.

Bij het woord ruimtetelescoop moeten we volgens Lang niet denken aan een compacte spiegeltelescoop als de Hubble Space Telescope, die sinds de jaren negentig in een baan om de aarde draait. "Het is een gedurfd ontwerp met lenzen zo groot als een voetbalveld, die in theorie zelfs planeten die rond andere sterren draaien zichtbaar kunnen maken. Voor telescopen geldt dat groter altijd beter is, want des te meer licht komt er binnen."

Paraplu

Het is niet haalbaar een kilometers lange telescoopbuis met lenzen ter grootte van een voetbalveld in de ruimte in elkaar zetten. Dat hoeft ook niet, bedachten de Californiërs. Een buis die beide lenzen met elkaar verbindt, is in de aardedonkere ruimte niet noodzakelijk. Het is voldoende om de lenzen op de juiste afstand van elkaar in twee verschillende banen om de aarde te brengen. Het resultaat moet een telescoop zijn die veertig keer betere resultaten levert dan de Hubble.

De alternatieve ruimtetelescoop is het stadium van de tekentafel nog niet voorbij. Naast de vraag hoe je een haarscherpe lens maakt met een diameter van 100 meter, moeten de onderzoekers het voorwerp ook onbeschadigd in de ruimte brengen. Zwaar hoeft de lens niet te zijn, een plastic uitvoering met de dikte van een vel papier is voldoende. Een raket moet de dunne lens in opgevouwen toestand meenemen en in de ruimte afzetten.

Via literatuuronderzoek komt de leider van het onderzoek, Rod Hyde, uit bij origami. In de jaren tachtig hebben Japanse ruimtevaartdeskundigen dit principe toegepast bij een opvouwbaar zonnepaneel. Dat brengt hem op een idee, al is dit mechanisme voor hem onbruikbaar. Na een zoektocht op internet belandt Hyde bij Lang, die tot zijn grote verbazing op nauwelijks 10 kilometer afstand van het instituut woont.

Lang stelt een radiaal symmetrisch gevouwen voorwerp voor, dat als een soort opvouwbare paraplu in de cilindervormige bergruimte van de raket past. "Met logisch denken kom je een heel eind. Iedereen snapt dat deze oplossing in de praktijk voor minder problemen zal zorgen dan bijvoorbeeld de manier waarop je een slaapzak oprolt en opbergt in een zak. Maar je moet het natuurlijk wel bedenken. Met behulp van een computerprogramma heb ik berekend dat dit de meest logische vouwstructuur is." Uit proeven met een prototype met een doorsnede van 5 meter blijkt dat de constructie aan de verwachtingen voldoet.

Zonnezeil

"Origami is niet het antwoord op wetenschappelijke problemen", zegt Lang bescheiden. "Dat is te veel eer. Alleen als er iets moet worden gevouwen, kan deze kunst een rol spelen." En dat dit in de praktijk nogal eens nodig is, blijkt uit het rijtje onderwerpen waar hij meer dan gewone belangstelling voor heeft.

Vooral de ruimtevaart is gebaat bij de vouwkunst. "In de raket die satellieten in een baan om de aarde brengt, is weinig plaats. Antennes, zonnepanelen en tal van andere onderdelen worden pas uitgevouwen als ze in de ruimte zijn. In de praktijk gaat daarbij wel eens iets mis. Origamikunstenaars brengen op de meest logische plaats hun vouwen aan en hebben daarin veel ervaring. Toepassing van die eenvoudige regels kan in de praktijk problemen helpen voorkomen."

De origamikunstenaar houdt zich ook bezig met een zonnezeil, een ruimtevaartuig dat zich -eenvoudig gezegd- verplaatst doordat zonlicht met een geringe kracht tegen het zeil duwt. Net zoals de wind de zeilen van een boot doet bollen. Om optimaal van het duwtje van de zon te profiteren, moeten technici een ultralichte satelliet met een enorm oppervlak bouwen. Niet alleen de besturing van het gevaarte stelt de ontwerper voor problemen, ook het uitvouwen is een lastige klus, vergelijkbaar met de ruimtetelescoop.

Simulatie

Autofabrikanten weten de Amerikaan ook te vinden. Lang is betrokken bij de ontwikkeling van airbags, een precieze klus. Bij een botsing moet de zak zich in een paar milliseconden opgeblazen. Een te stevige airbag zou de inzittende kunnen verwonden, terwijl een te zachte onvoldoende bescherming biedt. Het feit dat de bestuurder van de auto een boom van een kerel of een fragiel Aziatisch dametje kan zijn, maakt de zaak extra ingewikkeld.

Botsproeven zijn erg kostbaar, vandaar dat computersimulaties bij het optimaliseren van de vorm van een airbag een grote plaats innemen. "Een simulatie moet starten met een opgevouwen airbag en dat is nu juist het probleem. Want hoe weet je van tevoren wat de beste manier is om dat ding op te vouwen? Voor een origamikenner is die vraag wel te beantwoorden. Die is continu bezig om platte voorwerpen op de meest logische wijze te vouwen in een andere vlakke vorm. Of dat nu een vel papier of een lege airbag is, maakt niet zo veel uit. Ik heb een computerprogramma geschreven dat hierbij kan helpen."

Minder tot de verbeelding sprekend, maar zeker niet onbelangrijk is de energie die Lang stopt in het ontwerpen van logisch gevouwen verpakkingsmateriaal. "Dan gaat het om eenvoudige kartonnen dozen, maar ook om verbandmateriaal en andere medische hulpmiddelen die in één vloeiende beweging uit de verpakking moeten worden gehaald."

Meer informatie: www.langorigami.com

Geen kinderspel

Origami is een eeuwenoude Japanse vouwkunst die een aantal jaren geleden in de westerse wereld een ware rage was en nog steeds wordt beoefend. Een geliefd vouwobject is de kraanvogel, die je dan ook overal -strak of minder strak gevouwen- ziet opduiken. Wie denkt dat vouwen alleen iets voor kleuters is, heeft vast nog nooit zelf een stuk papier bewerkt.

Uitgangspunt voor origami is een vierkant vel papier, waaruit de meest uiteenlopende voorwerpen worden gevouwen. Knippen en scheuren is niet toegestaan. In de loop van de tijd zijn de regels wat minder strak geworden. Het is nu bijvoorbeeld ook toegestaan om een rechthoekig of rond vel papier als uitgangspunt te nemen. Origami is een Japans woord dat te vertalen is als "papier vouwen" (ori betekent vouwen, kami is papier). De vouwkunst is bijna net zo oud als de uitvinding van het papier zelf en werd oorspronkelijk vooral in tempels en kloosters toegepast. Op feestdagen hingen de gebouwen vol met rituele vouwsels.

Origami kent een beperkt aantal basisvouwen met tot de verbeelding sprekende namen als boekvouw, luiervouw, kastvouw, vliegervouw, dakvouw en ruitvouw. Door deze met elkaar te combineren zijn eindeloos veel variaties mogelijk. Een combinatie van de vliegervouw en de ruitvouw levert bijvoorbeeld een diamantvorm op. Door met papier te werken waarvan beide zijden verschillend van kleur zijn, ontstaat een verrassend effect. Voorbeeldboeken laten zien hoe een vierkant stuk papier stap voor stap verandert in een kraanvogel, een kikker of een orchidee.

Robert J. Lang gaat anders te werk. De origamikunstenaar heeft een stuk of tien boeken op de markt gebracht waarmee hobbyisten aan de slag kunnen. "Een vouwsel begint bij mij met een idee, ik wil bijvoorbeeld een heremietkreeft maken. Vervolgens zet ik de onderdelen waaruit het dier bestaat op een rijtje. Daarna bedenk ik hoe ik zo'n onderdeel, bijvoorbeeld een poot, moet vormen. Meestal komt er aan een ontwerp geen computer te pas. Ik start niet op goed geluk, maar teken eerst een patroon van lijnen op papier. Pas daarna ga ik vouwen. Soms ben ik meteen tevreden, maar het gebeurt ook dat de eerste vier of vijf probeersels in de prullenbak verdwijnen."

Wiskunde

Lang houdt zich al ruim dertig jaar bezig met origami en speelt in de ontwerpwereld een leidinggevende rol. Als een van de weinigen houdt hij zich bezig met de wetenschappelijke kant van de Japanse vouwkunst. De Amerikaan bekijkt origami met de ogen van een wiskundige. "De wetten van de wiskunde geven aan wat mogelijk is met een stuk ongevouwen papier. Een computer kan helpen bij het opsporen van al die mogelijkheden."

De laatste tien jaar werken gevorderde beoefenaars van origami vaak met een vouwpatroon. Voor die tijd werkten ze stap voor stap volgens een voorschrift. Eén voorwerp bestaat vaak uit honderden vouwen en levert vele uren werk. Niet alle vouwen staan op het patroon aangegeven, dat zou het papier onleesbaar maken. De basis is voor een geoefend kunstenaar voldoende om tot het juiste resultaat te komen.

Deze tekst is geautomatiseerd gemaakt en kan nog fouten bevatten. Digibron werkt voortdurend aan correctie. Klik voor het origineel door naar de pdf. Voor opmerkingen, vragen, informatie: contact.

Op Digibron -en alle daarin opgenomen content- is het databankrecht van toepassing. Gebruiksvoorwaarden. Data protection law applies to Digibron and the content of this database. Terms of use.

Printen