3D-Druck macht theoretische Physik greifbar

3D-Druck kann Probleme aus der theoretischen Physik greifbar machen, wie Forscher am Imperial College London (ICL) zeigen. [...]

Zur Demonstration haben sie ein Objekt gedruckt, dessen Formen einem modifizierten Modell für den Verlauf eines Waldbrandes entsprechen. Mit dem „Sculplexity“ genannten Ansatz ist es dem Team zufolge möglich, verschiedene Probleme auf neue Art aufzubereiten. Die Drucke könnten aber nicht nur als angreifbare Lehrmittel herhalten, sondern auch als dekorative Skulpturen Wissenschaft zu Kunst machen.

Der Ansatz beruht darauf, dass es in der Physik viele Probleme gibt, die in Form eines 2D-Gitters mit gleich großen Zellen dargestellt werden können. Beim Modell eines Waldbrandes beispielsweise entspricht jede Zelle einem heilen Baum, einem brennenden Baum oder einem freien Bereich. „Ein 3D-Drucker baut Objekte in Schichten auf. Die Höhe des Objekts kann man als Zeit betrachten“, betont nun Tim Evans, theoretischer Physiker am ICL. Also entspricht jede Druckschicht einer Momentaufnahme des Waldes – und wie das Testobjekt in der dritten Dimension aussieht, spiegelt wider, wie der Brand unter Berücksichtigung von Blitzschlägen verläuft.

Das Beispiel Waldbrand hat Evans zufolge geholfen, Hürden bei der Druck-Visualisierung mathematischer Probleme zu erkennen und geeignete Lösungen zu ersinnen. Denn der Ansatz könnte auch für völlig andere Probleme geeignet sein. „Unsere Gruppe am ICL versucht Herzschlaganomalien zu erklären, indem wir einfache Modelle für das Verhalten einzelner Zellen im Herzmuskel betrachten – es kann sein, dass man das mittels 3D-Druck visualisieren kann“, meint Evans. Zudem wäre es denkbar, viele Modelle für die Ausbreitung von Krankheiten derart darzustellen. Generell hofft das Team, das Physiker mit Sculplexity kreativ werden.

Die Inspiration für die aktuelle Arbeit war nämlich ein Exponat des Victoria and Albert Museum, das erste dort ausgestellte Objekt aus dem 3D-Drucker. „Das war ein Tisch, inspiriert von baumartigen Strukturen, wie sie in der Natur vorkommen, ein Beispiel für einen Verästelungsprozess, wie sie in komplexen Systemen in der theoretischen Physik häufig bestehen“, erklärt Evans. Das habe die Überlegung angeregt, welche Prozesse noch in dieser Form visualisiert werden könnten.

Somit ist klar, dass derartige 3D-Drucke physikalischer Probleme letztendlich als Kunstobjekte herhalten könnten – Skulpturen, die aus mathematischen Modellen wachsen. Doch ortet das ICL-Team auch Potenzial als Ansatz, um eine breitere Öffentlichkeit für die Forschung zu begeistern. Zudem ist denkbar, 3D-Drucke als Lernhilfen zu nutzen. In der Fachzeitschrift „Europhysics Letters“, in der die Forscher Sculplexity vorgestellt haben, verweisen sie darauf, dass solch greifbare Visualisierungen gerade für Sehbehinderte hilfreich sein könnten. (pte)