Die erste räumliche Form mit negativer Oberflächenkrümmung als 3D Modellierung aus dem Weltraum
Bild: Visualisierung eines Flüssigkeitsexperiments im Mikrogravitationslabor der ISS, Compositing von Ulrich Buckenlei | Visoric 2025
Wasserformen in Schwerelosigkeit offenbaren neue Geometrien
In der Schwerelosigkeit der Internationalen Raumstation ISS bildet Wasser eine räumliche Struktur mit negativer Oberflächenkrümmung, gehalten nur durch Oberflächenspannung.
Diese seltenen Bedingungen erzeugen Daten, die auf der Erde kaum erfassbar sind. Das Visoric Expertenteam in München nutzt solche Experimente als Grundlage, um die Physik dahinter in präzise 3D Modelle sowie VR und Mixed Reality Simulationen zu übersetzen und damit Forschung und Industrie neue Möglichkeiten zu eröffnen.
Flüssige Geometrie im Orbit: Wasser spannt sich im gedruckten Rahmen zu einer dreidimensionalen Form mit negativer Oberflächenkrümmung auf.
Bild: Visualisierung und Compositing von Ulrich Buckenlei | Visoric 2025, inspiriert von ISS Soft Cell Experimenten
Wenn Wasser im All zu reiner Geometrie wird
Auf der Erde verhält sich Wasser scheinbar intuitiv. Tropfen fallen nach unten, Flüssigkeit füllt Behälter von unten nach oben, Flächen hängen unter ihrem eigenen Gewicht durch. Auf der Internationalen Raumstation ISS gelten andere Regeln. Dort schwebt Wasser frei im Raum und bildet Strukturen, die wir sonst nur aus mathematischen Visualisierungen kennen.
Beim Soft Cell Experiment wird ein fein strukturierter Rahmen mit negativer Krümmung schrittweise mit Wasser gefüllt. In der Mikrogravitation kann sich die Flüssigkeit ungestört entlang der Kanten und Öffnungen ausbreiten.
Es entsteht eine zusammenhängende Membran, die sich schließt und schließlich eine dreidimensionale Wasserskulptur bildet. Zusammengehalten wird diese Form ausschließlich durch Oberflächenspannung und die Geometrie des Rahmens.
- Wasser als 3D Struktur → Flüssigkeit bildet eine stabile Form innerhalb eines definierten Rahmens
- Schwerelosigkeit als Labor → Die Schwerkraft tritt in den Hintergrund, Oberflächenspannung bestimmt das Verhalten
- Brücke zur digitalen Welt → Die beobachteten Formen liefern Referenzdaten für Simulationen und XR Visualisierungen
Soft Cell Experiment auf der ISS: Eine Wassermembran mit negativer Krümmung wird über eine Spritze mit weiterer Flüssigkeit und Luft verändert.
Bild: Visualisierung von Ulrich Buckenlei | Visoric 2025
Im gezeigten Moment ist die Wasserskulptur bereits vollständig ausgeprägt. Eine Spritze führt zusätzliche Flüssigkeit und feine Luftblasen zu.
Die Membran reagiert unmittelbar, verschiebt sich, bildet neue Blasen und stabilisiert sich anschließend wieder.
Genau diese Dynamik macht das Experiment so wertvoll. Forschende können beobachten, wie sich Grenzflächen organisieren,
wie Blasen in der Struktur wandern und wie sich das gesamte System immer wieder neu ins Gleichgewicht bringt.
Die dabei gewonnenen Daten sind die Grundlage für realistische Modelle von Flüssigkeiten, weichen Materialien und Oberflächen im digitalen Raum.
Die Physik hinter der schwebenden Wasserskulptur
Auf den ersten Blick wirkt die Wasserform im Soft Cell Rahmen wie eine futuristische Skulptur. In Wahrheit zeigt sie sehr klar, welche Kräfte in der Mikrogravitation dominieren.Während auf der Erde die Schwerkraft praktisch jede Flüssigkeit nach unten zieht, bleibt im Orbit vor allem die Oberflächenspannung übrig.
Moleküle ziehen sich gegenseitig an und versuchen, die Oberfläche so klein wie möglich zu halten. In der gedruckten Struktur verteilt sich das Wasser daher über alle Öffnungen und bildet eine geschlossene Fläche, die sich eng an den Rahmen anlegt.
Besonders interessant sind die Bereiche negativer Krümmung. Dort krümmt sich die Oberfläche in zwei Richtungen entgegengesetzt.
Es entstehen sattelartige Zonen, wie man sie aus mathematischen Minimalflächen kennt. Auf der Erde würden solche Flächen unter dem Einfluss der Schwerkraft rasch in andere Formen übergehen Im All bleiben sie stabil genug, um sie systematisch zu beobachten und zu vermessen.
- Schwerkraft und Oberflächenspannung → Auf der Erde dominiert die Gravitation, im All die Oberflächenspannung
- Negative Krümmung → Die Wasserhaut bildet Sattelbereiche, die sich in zwei Richtungen entgegengesetzt krümmen
- Rahmen als Geometrievorgabe → Die Soft Cell Struktur zwingt das Wasser in eine definierte Topologie
Wasserform mit und ohne Schwerkraft: Links zieht die Gravitation die Flüssigkeit nach unten, rechts formt die Oberflächenspannung im All eine geschlossene Fläche mit Bereichen negativer Krümmung.
Grafik: Wissenschaftliche Illustration von Ulrich Buckenlei | Visoric 2025
Die Grafik stellt den Unterschied in einer vereinfachten Gegenüberstellung dar. Links ist eine Wasserform auf der Erde angedeutet. Die Tropfen hängen nach unten durch, nur ein kleiner Teil haftet am Rahmen. Pfeile markieren die Richtung der Gewichtskraft.
Rechts ist das Gegenstück im Orbit zu sehen.
Das Wasser legt sich wie eine transparente Hülle über den gesamten Soft Cell Rahmen, bildet eine zusammenhängende Oberfläche und zeigt deutlich erkennbare Sattelbereiche zwischen den Öffnungen. Farbcodierte Linien und Markierungen machen Zonen mit hoher Krümmung und die Wirkung der Oberflächenspannung sichtbar. Auf diese Weise entsteht eine anschauliche Brücke zwischen physikalischer Theorie und realer Beobachtung.
Wie aus Messdaten digitale Modelle entstehen
Sobald die Wasserskulptur im Orbit stabil ist und ihre dynamischen Phasen durchlaufen hat, beginnt der zweite Teil der Arbeit. Kameras, Sensoren und Auswertealgorithmen erfassen jede Verformung, jede Blasenbewegung und jede Änderung der Oberfläche. Die Messwerte fließen in mehrdimensionale Datensätze ein, in denen sich physikalische Zusammenhänge präzise analysieren lassen. Dieses Rohmaterial ist die Grundlage für digitale Zwillinge, die auf der Erde in Simulationen und Visualisierungen verwendet werden.
Die Mikrogravitation wirkt dabei wie ein physikalischer Verstärker. Viele Effekte, die auf der Erde von der Schwerkraft überlagert würden, treten im All wesentlich klarer hervor. Diese Klarheit spiegelt sich in den Daten wider. Sie zeigt, wie sich Flüssigkeiten in definierten Geometrien organisieren, wie stabil bestimmte Formen sind und unter welchen Bedingungen Übergänge zwischen verschiedenen Zuständen stattfinden.
- SMultidimensionale Messräume → Parameter wie Krümmung, Spannung, Membranbildung und Blasendynamik
- Hochpräzise Datenströme → Sensorik und Analyse arbeiten mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung
- Grundlage für digitale Zwillinge → Die Datensätze dienen als Referenz für Simulationen in XR, Robotik und KI
Datenwürfel der Mikrogravitation: Messpunkte zu Oberflächenspannung, Membranbildung und Flüssigkeitsverhalten werden zu einem mehrdimensionalen Parameterraum kombiniert.
Grafik: Datenvisualisierung von Ulrich Buckenlei | Visoric 2025
Die Abbildung zeigt ein Datencluster in Form eines dreidimensionalen Data Cubes. Jeder Punkt steht für einen einzelnen Messwert aus dem Experiment, etwa eine Änderung der Oberflächenkrümmung, die Stabilität eines Flüssigkeitsfilms oder die Bewegung einer eingeschlossenen Gasblase.
Farbcodierung hebt stabile Bereiche mit klar ausgeprägter negativer Krümmung hervor, während andere Farben Übergangszonen kennzeichnen. Auf diese Weise lassen sich Muster erkennen, die anschließend in numerischen Modellen und KI Trainingsdaten wieder auftauchen. Die Mikrogravitation wird damit zu einem Referenzlabor für realistische Simulationen.
Vom Orbit ins XR Labor: reale Daten als Basis für immersive Simulationen
Die Wasserexperimente der ISS liefern nicht nur wissenschaftliche Erkenntnisse, sondern auch eine konkrete Grundlage für digitale Experimente auf der Erde. Die erfassten Formen und Verläufe können in Simulationssoftware überführt werden, bis ein digitaler Zwilling der Wasserskulptur entsteht.
Dieser Zwilling lässt sich in 3D Engines, physikalische Solver und XR Umgebungen integrieren. So wird aus einem einmaligen orbitalen Experiment ein flexibles Werkzeug für Forschung, Lehre und industrielle Anwendungen.
Gerade dort, wo reale Versuche aufwendig oder kaum wiederholbar sind, eröffnet das einen neuen Spielraum. Anstatt einen weiteren Flug ins All zu planen oder komplexe Labore aufzubauen, können Teams die vorhandenen Daten nutzen, um Varianten durchzuspielen und neue Szenarien zu entwerfen. Das reduziert Kosten, verkürzt Entwicklungszeiten und macht anspruchsvolle Physik in einem digitalen Rahmen jederzeit verfügbar.
- Kalibrierte Simulationen → Reale Messdaten schärfen Modelle für numerische Physik und KI
- Immersive Experimente → Forschende können das Verhalten der Wasserskulptur in VR und XR
- Übertragbare Szenarien → Erkenntnisse aus der Schwerelosigkeit fließen in digitale Zwillinge
Vom Orbit in die Mixed Reality Simulation. Die Visualisierung zeigt einen möglichen digitalen Zwilling in einer realen Umgebung, die durch 3D erweitert wurde.
Bild: Konzeptionelle Darstellung von Ulrich Buckenlei | Visoric 2025
Simulation statt Parabelflug: Weltraumphysik auf der Erde erlebbar machen
Experimente wie die gezeigte Wasserskulptur sind im Orbit gut zu realisieren, auf der Erde jedoch nur mit großem Aufwand.
Ein Parabelflug könnte kurzzeitig ähnliche Bedingungen schaffen, doch die verfügbaren Zeitfenster pro Parabel sind sehr begrenzt,
und der Aufwand wäre erheblich. Präzise Beobachtungen, Wiederholungen und Varianten lassen sich so kaum in der gewünschten Tiefe durchführen.
Genau an diesem Punkt setzen moderne Simulationen und immersive Technologien an. Auf Basis echter Messdaten aus der Schwerelosigkeit kann ein Expertenteam wie Visoric physikalisch korrekte Modelle aufbauen, in denen Gravitation abgeschwächt oder vollständig ausgeschaltet wird. Im virtuellen Labor lassen sich die Effekte anschließend beliebig oft wiederholen, anpassen und erweitern, ohne dass ein neues physisches Experiment notwendig ist.
Besonders eindrucksvoll wird dies in Mixed Reality.Die reale Umgebung bleibt sichtbar und erlebbar, während die Wasserskulptur als dreidimensionales, frei schwebendes Objekt im Raum erscheint. Nutzende können sich um das Objekt bewegen, Details heranzoomen, Schichten ein- und ausblenden oder Strömungspfade sichtbar machen. So entsteht ein Lern und Forschungsraum, der physikalische Präzision mit räumlicher Präsenz verbindet.
- Virtuelle Labore → Komplexe Experimente werden ohne Parabelflüge zugänglich
- Physiksimulationen → Gravitation lässt sich gezielt variieren oder vollständig ausschalten
- Mixed Reality → Reale Arbeitsumgebung und schwebendes Experiment teilen sich denselben Raum
Mixed Reality als Forschungslabor: Die reale Umgebung bleibt sichtbar, während das physikalische Objekt frei im Raum schwebt und interaktiv erkundet werden kann.
Bild: Konzeptdarstellung von Ulrich Buckenlei | Visoric 2025
Der digitale Raum wird damit zu einem Forschungslabor, das physikalische Grenzen aufhebt.
Phänomene, die im echten Weltraum oder im Parabelflug nur schwer zugänglich sind, lassen sich sicher und reproduzierbar untersuchen.
Teams aus Wissenschaft, Industrie und Ausbildung können dieselben Szenen immer wieder neu aufrufen, gemeinsam betrachten und ihre Erkenntnisse direkt in Projekte übertragen.
Die ISS Fluidskulptur im Video
Das zugehörige Video dokumentiert den gesamten Ablauf des Experiments im Mikrogravitationseinsatz.
Zu sehen ist, wie sich Wasser zunächst in Form einzelner Tropfen sammelt, dann zu Membranen verschmilzt und schließlich eine komplexe, dreidimensionale Struktur ausbildet.
Mit jeder Einspeisung von Flüssigkeit oder Luft verändert sich die Oberfläche, bis sich ein neuer stabiler Zustand einstellt.
Diese Abläufe lassen sich im Zeitverlauf analysieren und bilden die Basis für die beschriebenen digitalen Modelle.
Für Zuschauende wird unmittelbar sichtbar, wie sich Materie verhält, wenn die Schwerkraft aus dem System genommen wird.
Die Bewegungen wirken zugleich ungewohnt und logisch.
Gerade diese Mischung macht das Video zu einem starken Ausgangspunkt für Visualisierung, Lehre und Inspiration,
sei es in der Hochschuldidaktik, in der Forschung oder in Innovationsprojekten.
Soft Cell Fluid Experiment auf der ISS: Dokumentation eines Wassersystems mit negativer Oberflächenkrümmung in der Schwerelosigkeit.
Video: Visual documentation Tibor Kapu, recorded aboard the International Space Station during the Soft Cell microgravity experiment. Scientific context: Oxford Mathematics (Art of Science initiative). Edit and voice-over text: Ulrich Buckenlei Created for educational and inspirational purposes under Fair Use. All rights belong to the original creators.
Mit dem Visoric Expertenteam von der ISS in den Simulator
Die hier gezeigten Experimente machen deutlich, welches Potenzial in der Verbindung aus Raumfahrtphysik, Datenanalyse und immersiver Visualisierung steckt. Damit solche Erkenntnisse nicht im Orbit bleiben, braucht es Teams, die wissenschaftliche Daten in erlebbare Simulationen und verständliche Bilder übersetzen. Das Visoric Expertenteam in München arbeitet genau an dieser Schnittstelle und verbindet physikalische Präzision mit moderner 3D Technologie.
Auf Basis realer Messdaten, physikalischer Modelle und aktueller 3D Engines entwickelt das Team interaktive Anwendungen,
in denen komplexe Effekte wie im Soft Cell Experiment der ISS im virtuellen oder Mixed Reality Raum nachgebildet werden.
So können Entscheidende, Ingenieurinnen, Studierende und Stakeholder kritische Phänomene gefahrlos und beliebig oft erkunden,
ohne teure Versuchsaufbauten oder aufwendige Flugkampagnen organisieren zu müssen.
- Beratung und Konzeption → Von der wissenschaftlichen Idee zum strukturierten Simulationsszenario
- 3D Visualisierung und XR Erlebnisse → Verständliche, immersive Bilder für Schulung, Kommunikation und Forschung
- Technische Umsetzung → Physikalisch basierte Simulationen, Mixed Reality Erlebnisse und Integration in bestehende Systeme
The Visoric Expert Team: Ulrich Buckenlei & Nataliya Daniltseva
Source: Visoric GmbH | Munich 2025
Wer die nächste Generation wissenschaftlicher Experimente, Trainingsumgebungen und Entscheidungsgrundlagen nicht nur berechnen,
sondern erlebbar machen möchte, findet im Visoric Expertenteam einen Partner, der Technologie, wissenschaftliche Genauigkeit und klare Kommunikation verbindet.
Oft reicht ein erstes Gespräch, um neue Möglichkeiten sichtbar zu machen und einen konkreten Weg von der Idee bis zur erlebbaren Simulation zu definieren.
Kontaktpersonen:
Ulrich Buckenlei (Kreativdirektor)
Mobil: +49 152 53532871
E-Mail: ulrich.buckenlei@visoric.com
Nataliya Daniltseva (Projektleiterin)
Mobil: + 49 176 72805705
E-Mail: nataliya.daniltseva@visoric.com
Adresse:
VISORIC GmbH
Bayerstraße 13
D-80335 München
