Das Projekt "Teilvorhaben: 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Physik, Arbeitsgruppe Schimmel durchgeführt. Im hier beantragten Vorhaben soll der von den Antragstellern entdeckte, neuartigen Salvinia-Effekt der permanenten Lufthaltung unter Wasser vom pflanzlichen Vorbild auf technische Oberflächen übertragen werden. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer permanent Luft haltenden künstlichen Oberfläche, welche dann in modularer Weise auf Schiffsrümpfen aufgebracht werden kann, um die Reibung dieser zu reduzieren. Der Optimierungsprozess zum Luft haltenden Modul ist ein komplexer Vorgang, der sich in sieben Teilschritten darstellen lässt. Diese sind: 1. Einzelhaaroptimierung und Optimierung bestehender Modellsysteme, 2. Weiterentwicklung der Replikationstechniken, 3. Funktionalisierung (superhydrophob + hydrophil) der Oberflächen, 4. Packaging in Compartments, 5. Erzeugung von Arrays aus mehreren Compartments (ARES-Modul), Performance-Messung und -Optimierung am Modul, erste Implementierung des fertigen Moduls. Diese Ziele können nur durch die Verwendung der dreidimensionalen Freiformlithographie, Nano-Replikationsverfahren sowie Nano-Funktionalisierungsverfahren in den Arbeitsgruppen von Prof. Th. Schimmel und Prof. W. Barthlott realisiert werden. Die Validierung der strömungsmechanischen Auswirkungen, insbesondere der Reibungsreduktion im Strömungskanal und im Schleppversuch soll in Rostock in der Arbeitsgruppe von Prof. A. Leder geschehen.
Das Projekt "Teilvorhaben: 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Lehrstuhl für Strömungsmechanik durchgeführt. 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 sowie die Filigranität der biologischen Vorbilder nachgeahmt werden. Für eine großtechnische 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 im Labor und Großversuch zu erproben, sowie die Strukturierung der Oberflächen hinsichtlich der sehr unterschiedlichen Anforderungen in verschiedenen Bereichen des Schiffsrumpfes zu optimieren. Zunächst sollen die biologischen Modellsysteme auf die Stabilität der von ihnen gehaltenen Luftschicht hin untersucht werden. Die unterschiedlichen Module aus der Designentwicklung werden dann mittels Mikrofluidikexperimenten und PIV bezüglich ihrer strömungsmechanischen Eigenschaften in Modellgröße untersucht. Im zweiten Teil wird dann in Schleppversuchen eines beschichteten Schiffsmodells die Stabilität und Haltbarkeit der Luftschicht untersucht und die Reibungsreduktion quantifiziert. Im dritten Teil werden die Module hinsichtlich ihrer Stabilität bei Störungen optimiert.