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Dr. rer. nat. Martin Brede

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Brücke zwischen akademischer Forschung und wirtschaftlicher Anwendung

Verbundvorhaben: Permanent Luft haltende Schiffsbeschichtungen nach biologischem Vorbild zur Reibungsreduktion: vom Konzept zur Technologie

Beschreibung des Forschungsprojektes

Permanent Luft haltende Schiffsbeschichtungen nach biologischem Vorbild zur Reibungsreduktion: vom Konzept zur Technologie

Wassertropfen auf einem Schwimmfarn (Salvinia)
Wassertropfen auf einem Schwimmfarn (Salvinia)
(Abbildung: Nees-Institut, Universität Bonn)

Ziel dieses Vorhabens ist es, die Reibung des Wassers an Schiffsrümpfen zu reduzieren, indem die Eigenschaft der Lufthaltefähigkeit biologischer Organismen unter Wasser auf technische Oberflächen biomimetisch übertragen wird. Dabei muss die volle Komplexität der biologischen Vorbilder nachgeahmt werden. Für eine technische Anwendung müssen die Strukturen zudem beliebig oft replizierbar bzw. produzierbar sein. Diese Anforderungen können nur durch dreidimensionale Freiformlithographie, Nano-Replikationsverfahren sowie Nano-Funktionalisierungsverfahren realisiert werden. Die Aufgabe der Strömungsmechanik ist es dabei, die Funktionsfähigkeit, d.h. die Lufthaltung unter Strömungsbedingungen in Labor und Großversuch zu erproben, sowie die Strukturierung der Oberflächen hinsichtlich der sehr unterschiedlichen Anforderungen in verschiedenen Einsatzszenarien zu optimieren.

Blattoberfläche des Schwimmfarns (Salvinia molesta)
Blattoberfläche des Schwimmfarns (Salvinia molesta)
(Abbildung: Nees-Institut, Universität Bonn)

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer permanent Luft haltenden Oberfläche, welche dann in modularer Weise auf Schiffsrümpfen aufgebracht werden kann, um die Reibung dieser zu reduzieren. Diese modulare, flexible Beschichtung lässt sich individuell an die Form der zu beschichtenden Oberfläche anpassen. Im Projektverlauf wird ein Demonstrator beschichtet und damit die Anwendbarkeit unter Beweis gestellt. Die Validierung der Produzierbarkeit mit Hinblick auf die technische Umsetzung der Abform- und Funktionalisierungstechnik soll zu einer realistischen Kosten- und Leistungseinschätzung der neuen Technologie führen. Eine Reibungsreduktion im Bereich von 10% ist eine eher konservative Abschätzung, die durch Ergebnisse von Schleppversuchen und Wandschubspannungsmessungen gestützt wird.

Fünf Prinzipien für das Halten von Luftschichten
Fünf Prinzipien für das Halten von Luftschichten
(Abbildungen: Nees-Institut, Universität Bonn)

Informationen zum Forschungsprojekt

Antragsteller / Bearbeiter A. Leder, M. Brede, W. Baumgarten, R. Zielke
Forschungsgebiet Grundlagen Strömungsmechanik / Bionische Strömungsbeeinflussung
Laufzeit 2013 - 2017
Finanzierung Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Kooperationen Institut für Angewandte Physik, Universität Karlsruhe
Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen, Universität Bonn
TKMS Blohm + Voss Nordseewerke GmbH, Hamburg