Aus flachen Metallblechen lassen sich stabile Konstruktionen bauen, die ohne innere Stützen auskommen. Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben dafür ein neues Origami-Verfahren entwickelt. In Simulationen erreichten ihre Tragwerke eine 3,5-mal höhere Steifigkeit als bestimmte andere Faltstrukturen – und benötigten weniger Material. Eine rund 7 m große Aluminiumkonstruktion zeigt bereits, wie das Prinzip funktioniert.
Rund 7 m misst die Aluminiumkonstruktion, die Forschende des MIT für die Boston Public Library entwickelt haben. Ihre Einzelteile entstanden aus flachen Metallblechen, wurden gefaltet und anschließend miteinander verschraubt. Das Ergebnis ist eine komplexe räumliche Struktur, die eine Gruppe ohne professionelle Bauerfahrung innerhalb weniger Tage montieren konnte.
Hinter der Konstruktion steckt ein Verfahren, das die Forschenden am 27. Oktober 2026 vorgestellt haben. Es verbindet die japanische Faltkunst Origami mit computergestützter Planung und industrieller Fertigung. Damit lassen sich leichte, steife Tragwerke aus individuell geformten Bauteilen zusammensetzen.
Warum gefaltetes Metall so steif sein kann
Ein dünnes, ebenes Metallblech lässt sich vergleichsweise leicht verbiegen. Durch gezielte Faltungen kann sich das ändern. Die entstehenden Kanten und Flächen erschweren bestimmte Verformungen, ohne dass dafür zwangsläufig dickere Bleche benötigt werden.
Die MIT-Forschenden nutzen dieses Prinzip, gehen aber einen Schritt weiter. Sie entwickeln keine Konstruktion aus einem einzigen großen gefalteten Blech. Stattdessen setzen sie viele kleinere Elemente zu einer räumlichen Struktur zusammen.
Als Vorbild dienen geometrische Muster des Künstlers und Wissenschaftlers Ron Resch. Er entwickelte bereits in den 1960er-Jahren Faltmuster, bei denen regelmäßig angeordnete Vielecke komplexe dreidimensionale Formen bilden.
Aus solchen Mustern leiteten die Forschenden einzelne Bausteine ab. Dabei kombinieren sie jeweils zwei dreibeinige Grundelemente so, dass eine geometrisch verriegelte Einheit entsteht. Im idealisierten Modell besitzt diese keine freien Bewegungsmöglichkeiten mehr.
Das bedeutet nicht, dass sich das Material unter Belastung überhaupt nicht verformen kann. Die besondere Geometrie verhindert jedoch bestimmte Bewegungen der Elemente gegeneinander. Dadurch können die Bausteine zu einer besonders steifen Konstruktion verbunden werden.
Die einzelnen Module bilden schließlich ein räumliches Netzwerk ineinandergreifender Tragelemente. So entstehen schalenartige Tragwerke, die größere Bereiche ohne innere Stützen überspannen können.
3,5-mal steifer bei geringerem Materialeinsatz
Wie leistungsfähig solche Konstruktionen sind, untersuchten die Forschenden mit Computersimulationen. Dabei zeigten die neuen Strukturen eine rund 3,5-mal höhere Steifigkeit als bestimmte andere Origami-Konstruktionen.
Gleichzeitig benötigten sie im untersuchten Vergleich nur etwa zwei Drittel der Materialmenge. „Das hilft uns dabei, stabile Konstruktionen zu bauen und gleichzeitig den Materialverbrauch zu minimieren“, erklärt Alfonso Parra Rubio, Doktorand am MIT und Erstautor der Studie, in einer Pressemitteilung der Universität.
Die Zahlen beziehen sich allerdings auf den Vergleich mit ausgewählten Origami-Verfahren. Daraus lässt sich nicht ableiten, dass Gebäude mit dieser Technik grundsätzlich ein Drittel weniger Material benötigen als konventionelle Bauwerke.
Auch Steifigkeit und Tragfähigkeit sind nicht dasselbe. Die Steifigkeit beschreibt, wie stark sich eine Konstruktion unter einer bestimmten Belastung verformt. Die Tragfähigkeit gibt dagegen an, welche Lasten sie aufnehmen kann, ohne zu versagen.
Der Computer entwirft jedes einzelne Bauteil
Die Konstruktion solcher Tragwerke stellt die Forschenden vor ein Problem: Jedes Modul muss eine bestimmte Form besitzen, damit am Ende die gewünschte Gesamtstruktur entsteht. Gleichzeitig müssen sich sämtliche Elemente aus flachen Blechen herstellen und anschließend falten lassen. Das wäre bei komplexen Konstruktionen von Hand nur mit erheblichem Aufwand möglich.
Deshalb entwickelte das MIT-Team ein automatisiertes Berechnungsverfahren. Es zerlegt die geometrische Gesamtaufgabe in viele kleinere Teilprobleme. Für jedes Modul wird berechnet, welche Form es benötigt und wie es gefaltet werden muss. Anschließend fügt die Software die einzelnen Lösungen zu einer zusammenhängenden Konstruktion zusammen.
Die fertigen Konstruktionsdaten lassen sich direkt für die Fertigung verwenden. Eine CNC-Maschine schneidet die benötigten Teile beispielsweise aus Aluminiumblechen. Anschließend werden sie gefaltet und miteinander verbunden.
Obwohl sich die Formen der einzelnen Bauteile unterscheiden, besitzen sie ein einheitliches Verbindungssystem. Das vereinfacht den Zusammenbau. Für die Montage reichen einfache Handwerkzeuge wie Schraubendreher aus. Große Schweißanlagen werden bei der vorgestellten Konstruktion nicht benötigt.
Damit unterscheidet sich der Ansatz auch von älteren Origami-Verfahren. Über den Einsatz der japanischen Falttechnik in Industrie und Architektur berichtete ingenieur.de bereits im Beitrag „Origami Engineering auf dem Vormarsch“. Die neue MIT-Methode konzentriert sich darauf, individuell berechnete, geometrisch verriegelte Module zu größeren Tragwerken zusammenzusetzen.
Eine 7 m große Konstruktion zeigt, dass das Verfahren funktioniert
Wie weit sich die Methode bereits umsetzen lässt, demonstrierten die Forschenden mit der Aluminiumskulptur Lexicon. Die rund 7 m große Konstruktion wurde im Atrium der Boston Public Library aufgehängt.
Ihre Elemente wurden zunächst aus Blechen gefertigt und gefaltet. Anschließend setzte eine Gruppe ohne professionelle Bauerfahrung die Struktur innerhalb weniger Tage zusammen. Damit konnte das MIT-Team zeigen, dass sich auch größere und geometrisch komplexe Konstruktionen nach diesem Prinzip herstellen und montieren lassen.
Die Skulptur ist allerdings noch kein vollwertiger Nachweis für den Einsatz als Gebäudetragwerk. Dafür müssten unter anderem das Verhalten unter verschiedenen Belastungen, die Stabilität der Gesamtstruktur und die Tragfähigkeit der Verbindungen untersucht werden.
Das Forschungsprojekt beschäftigt sich mit einer Frage, die auch andere Entwicklungen im Bauwesen antreibt: Wie lassen sich Tragwerke durch eine geschickte Anordnung ihrer Bauteile mit weniger Material herstellen?
Einen verwandten Ansatz verfolgt beispielsweise die TU Darmstadt. Dort untersuchen Forschende, wie sich alte Betonbrocken geometrisch passend bearbeiten und zu neuen tragenden Decken zusammensetzen lassen. Bei beiden Projekten spielt die Geometrie der einzelnen Bauteile eine wesentliche Rolle, auch wenn sich die verwendeten Materialien und Konstruktionsprinzipien unterscheiden.
Können daraus künftig Notunterkünfte entstehen?
Die Forschenden sehen mehrere mögliche Anwendungen für ihre Entwicklung. Besonders interessant könnte die Technik für Gebäude sein, die schnell aufgebaut werden müssen. Das MIT nennt unter anderem Notunterkünfte für Menschen nach Erdbeben oder Überschwemmungen. Die Bauteile könnten als flache Zuschnitte platzsparend transportiert, am Einsatzort gefaltet und anschließend zu einer größeren Struktur zusammengesetzt werden.
Da die Verbindungen nach einem einheitlichen Prinzip funktionieren, könnte die Montage auch von Menschen ohne umfangreiche Bauerfahrung übernommen werden. Genau das wurde bei der Aluminiumskulptur bereits im kleineren praktischen Rahmen demonstriert. Darüber hinaus nennt das MIT mögliche Anwendungen für Gebäudefassaden, schalldämpfende Bauteile, Flugzeugkomponenten und modulare Roboter.
Für den tatsächlichen Einsatz in Gebäuden sind jedoch weitere Entwicklungsschritte notwendig. Die Forschungsgruppe möchte das Verfahren deshalb an größeren architektonischen Konstruktionen erproben. Außerdem sollen neue Modulgeometrien untersucht werden, um die mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern. Geplant ist auch eine einfacher bedienbare Entwurfssoftware. Sie soll die automatische Berechnung der einzelnen Bauteile für weitere Anwendungen zugänglich machen.
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