{"id":15342,"date":"2023-01-26T11:05:32","date_gmt":"2023-01-26T10:05:32","guid":{"rendered":"https:\/\/bionik.hs-bremen.de\/?p=15342"},"modified":"2025-12-10T12:49:41","modified_gmt":"2025-12-10T11:49:41","slug":"airtube","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bionik.hs-bremen.de\/en\/forschung\/airtube\/","title":{"rendered":"B-I-C Forschungsprojekt: Airtube"},"content":{"rendered":"
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B-I-C ForschungsProjekt <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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AIRTUBE<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Luftanhaltende Oberfl\u00e4chen als Innenoberfl\u00e4che von Rohren und Schl\u00e4uchen zur Reibungsreduktion<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Das Projekt AIRTUBE erforscht die \u00dcbertragung biologischer Prinzipien auf die Technik: Lufthaltende Oberfl\u00e4chen inspiriert vom Schwimmfarn Salvinia molesta<\/em> sollen den Energiebedarf beim Transport von Fl\u00fcssigkeiten in Rohren deutlich reduzieren.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Die Salvinia-Oberfl\u00e4che<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Die Natur liefert oft faszinierende L\u00f6sungen f\u00fcr technische Herausforderungen. Ein Beispiel ist der Schwimmfarn Salvinia molesta<\/em>, der auf seiner Blattoberfl\u00e4che nach dem Eintauchen in Wasser eine best\u00e4ndige Luftschicht h\u00e4lt. Verantwortlich daf\u00fcr sind fein strukturierte Mikrostrukturen, die eine superhydrophobe Oberfl\u00e4che erzeugen und kleine Lufttaschen im Wasser stabilisieren. Dieser Mechanismus bietet eine Vielzahl technischer Anwendungsm\u00f6glichkeiten: von Reibungsreduktion bis zu Schutz gegen Schmutzablagerung und Biofouling.<\/p>

Das Projekt AIRTUBE nutzt genau diesen Effekt, um den Fl\u00fcssigkeitstransport in Rohren und Schl\u00e4uchen effizienter zu gestalten. Durch die Einf\u00fchrung lufthaltender Innenoberfl\u00e4chen wird die Reibung zwischen Rohrwand und Fl\u00fcssigkeit signifikant verringert, was direkt zu einer Reduktion des Energieverbrauchs bei der F\u00f6rderung von Fl\u00fcssigkeiten f\u00fchrt.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Kugeliger\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Digitalmikroskop-Aufnahme eines Wassertropfens auf einem Salvinia-Blatt. Auf dem Blatt sind Schneebesen-artige Ausst\u00fclpungen, durch die eine Luftschicht an der Oberfl\u00e4che festgehalten wird (Foto: B-I-C).<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Energieeffizienter Transport von Fl\u00fcssigkeiten in Rohren<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Die Wirkung lufthaltender Oberfl\u00e4chen beruht auf einem Teilgleiten der Fl\u00fcssigkeit an der Luftschicht. Da Luft eine deutlich geringere Viskosit\u00e4t als Wasser besitzt \u2013 etwa ein F\u00fcnfzigstel unter Umgebungsbedingungen \u2013 sinkt die Reibung an der Rohrwand erheblich.<\/p>

Die erzielbare Reibungsreduktion h\u00e4ngt dabei stark von der Geometrie und Gr\u00f6\u00dfe der Mikrostrukturen ab: Gr\u00f6\u00dfere Strukturen erh\u00f6hen die Reibungsreduktion, k\u00f6nnen aber gleichzeitig weniger Luft halten, was die Effektivit\u00e4t begrenzt. Das Projekt untersucht daher den optimalen Kompromiss zwischen Strukturgr\u00f6\u00dfe und Stabilit\u00e4t der Luftschicht, um maximale Effizienz zu erzielen.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Simulation und Experiment<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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An der Hochschule Bremen werden sowohl numerische Simulationen als auch experimentelle Untersuchungen durchgef\u00fchrt. Die direkte numerische Simulation erm\u00f6glicht es, den Zusammenhang zwischen Strukturgeometrie, Reibungsreduktion und Luftstabilit\u00e4t pr\u00e4zise zu analysieren. Die gewonnenen Daten flie\u00dfen in ein Softwaretool ein, das Vorhersagen \u00fcber die Effizienz verschiedener Konfigurationen erlaubt.<\/p>

Erg\u00e4nzend werden Experimente in einem offenen Gerinnekanal durchgef\u00fchrt, der einen einfachen Zugang zur strukturierten Oberfl\u00e4che bietet und Str\u00f6mungsvorg\u00e4nge direkt beobachtbar macht. Auf Basis dieser Forschung k\u00f6nnen lufthaltende Innenoberfl\u00e4chen f\u00fcr Rohre und Schl\u00e4uche entwickelt werden, die den Energiebedarf bei der Fl\u00fcssigkeitsf\u00f6rderung nachhaltig senken \u2013 ein Innovationspotenzial, das insbesondere f\u00fcr industrielle Anwendungen von hoher Bedeutung ist.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Instantanes\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Instantanes Geschwindigkeitsfeld eines Rohrabschnittes (Re\u03c4 = 180) mit lufthaltenden Strukturen (a) und komplett reibungsbehafteter Wand (b).
Deutlich zu erkennen ist bei (a) das Gleiten des Fluids auf den reibungsfreien Wandabschnitten, welche die Luftschicht repr\u00e4sentieren.
(Quelle: B-I-C)<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Das Forschungsprojekt AIRTUBE wurde wurde im Rahmen des \u201eIdeenwettbewerbs Biologisierung der Technik“ vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) gef\u00f6rdert. Neben der Hochschule Bremen war das Karlsruhe Institute for Technology (KIT)<\/a> und das Fraunhofer Center f\u00fcr Maritime Logistik (CML)<\/a>\u00a0an diesem Projekt beteiligt. Das KIT befasste sich mit der Herstellung von superhydrophoben strukturierten Folien und am CML waren Experimente zur Messung der Reibungsreduktion vorgesehen.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Staff<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Prof. Dr. Antonia Kesel<\/p>

Prof. Dr. Albert Baars<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Niklas Kampf (M. Sc.)<\/p>

Alexander K\u00f6hnsen (M. Sc.)<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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