Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gefährliche Schwingungen im Hochbau ausschalten

24.01.2013
Robbenbarthaare als Blaupause für Ingenieure

Was bewegt einen jungen Maschinenbauingenieur, die Barthaare (Vibrissen) von Robben zu erforschen? „Der Wissensdurst“, schmunzelt Matthias Witte (32). Er hat nach seinem Studium in Rostock am Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Universität Rostock in seiner Doktorarbeit herausgefunden, wie Robben sicher ihre Beute fangen.

Mit den vorliegenden Ergebnissen zur Umströmung von Vibrissen sind die Grundlagen gelegt worden, die es Bauwerksaerodynamikern auf der ganzen Welt zukünftig erlauben werden, Hochhäuser, die bald an der 1.000 Meter Marke kratzen sollen, sicherer, komfortabler und kosteneffizienter zu gestalten.

„Matthias Witte hat den strömungsmechanischen Mechanismus eines ganz besonderen Phänomens aufgeklärt“, würdigt Privatdozent Dr. Wolf Hanke. Im Marine Science Center in Rostock-Hohe Düne hatten die Wissenschaftler beobachtet, dass sich die Barthaare von Robben, wenn sie auf der Jagd nach Beute durch das Wasser jagen, kaum bewegen. Normalerweise müssten die Barthaare aber in der Strömung wie eine Fahne im Wind flattern. „Das ist bei Robben nicht der Fall. Trotz der nur feinen Verwirbelungen, die ein Fisch im Wasser hinterlässt, erspürt und verfolgt der Seehund mit seinen Barthaaren zielsicher seine Beute“, sagt Dr. Hanke.

Matthias Witte hat in seiner Doktorarbeit durch umfangreiche Messungen und Computersimulationen den Mechanismus aufgeklärt, warum sich das Robbenbarthaar in der Strömung nicht bewegt. Der junge Forscher hat die Umströmung der Barthaare, die die Tiere einmal im Jahr verlieren und die eine gewisse Welligkeit in Längsrichtung aufweisen, mit einer am Lehrstuhl Strömungsmechanik entwickelten Mikroskopanlage experimentell untersucht.
Kaum vorstellbar: auf einer Fläche von weniger als einem Quadratmillimeter und an mehr als 6.000 Punkten gleichzeitig konnten die Geschwindigkeitsinformation bei Umströmung eines solchen Barthaares erfasst werden. Mit Hilfe von Fotografien verschiedener Robbenbarthaare konnte zudem eine Vorlage für ein idealisiertes Barthaarmodell erstellt werden, das in Windkanaluntersuchungen und Computersimulationen verwendet wurde. So wurde es möglich, die Strömungsvorgänge am Barthaar der Robbe bis ins kleinste Detail zu beschreiben.

Die bahnbrechende Erkenntnis: Beim Barthaar der Robben treten im Gegensatz zu Masten, Brücken oder Hochhäusern, keine strömungsinduzierten Schwingungen auf. „Deshalb kann der Seehund auch so haargenau Spuren von Fischen im Wasser verfolgen“, hat Matthias Witte herausgefunden. Professor Alfred Leder, Lehrstuhl für Strömungsmechanik an der Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik der Universität Rostock, stellt fest: „Wir haben mit den Barthaaren von Robben einen Körper vorliegen, der einen neuen Weltrekord aufstellt hinsichtlich der Vermeidung strömungsinduzierter Schwingungen“.

Wie viele Stunden Matthias Witte im Strömungstechniklabor der Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik immer wieder Versuche gefahren hat, weiß er heute nicht mehr. Im Zuge eines gemeinsamen DFG-Projektes „Strömungsbeeinflussung in Natur und Technik“ und in Zusammenarbeit mit dem Marine-Science-Center der Universität Rostock, das der bekannte Robbenforscher Professor Guido Dehnhardt leitet, sowie mit Hilfe des Instituts für Biowissenschaften der Universität, wurde die Forschung des jungen Mannes möglich. Er ließ sich von der einfachen Voraussetzung leiten, dass jeder Fisch im Meer eine spezifische Strömungsspur hinterlässt und er wusste, dass die Barthaare der Robben für die Wahrnehmung von Wasserbewegungen zuständig sind. Alles andere war wissenschaftliche Neugier – wie machen die das? – und Zähigkeit.

„Wir haben damit eine Fragestellung abgeschlossen, die uns lange beschäftigt hat“, sagt Dr. Hanke. Jetzt kann die bionische Umsetzung des Vibrissen-Mechanismus vorangetrieben werden, unter anderem bei künstlichen Sensoren, die Barthaaren von Robben nachempfunden sind. Neuentwicklungen könnten künftig durch die neuesten Erkenntnisse aus Rostock auch bei Unterwasserfahrzeugen zum Einsatz kommen, beispielsweise bei ferngesteuerten Robotern in Schiffswracks.

„Die vorgelegten Ergebnisse von Matthias Witte sind bahnbrechend“, hebt der Doktorvater des gebürtigen Greifswalders, Professor Alfred Leder, hervor. „Die Biologie hat da etwas vollbracht, was jeden Wissenschaftler zum Erstaunen bringt und für uns eine herausragende technische Relevanz hat.“

Normalerweise entsteht bei der Umströmung von Hochhäusern, Masten, Schornsteinen und Brücken eine Wirbelstraße, die auf die umströmte Struktur starke, zeitveränderliche Kräfte überträgt. Im Ergebnis dieses Prozesses beginnen die umströmten Bauwerksstrukturen zu schwingen. Welche gravierenden Auswirkungen diese Schwingungen haben können, zeigte der Einsturz der Tacoma-Brücke im Nordwesten der USA im Bundesstaat Washington im Jahr 1940.

Die Untersuchungen von Barthaaren der Robben bringen nun den Beweis, dass diese Gefahr beim Bau von Hochhäusern oder eben Brücken abgewendet werden kann, wenn man die Konstruktionsprinzipien von Robben-Barthaaren anwendet. Das belegen die Untersuchungen von Matthias Witte im Strömungstechniklabor der Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik der Universität Rostock eindeutig.


Kontakt:
Universität Rostock
Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik
Dr. Matthias Witte
Fon: +49 (0)381 498 9046
Mail: matthias.witte@uni-rostock.de

Presse+Kommunikation
Dr. Ulrich Vetter
Fon: +49 (0)381 498 1013
Mail: ulrich.vetter@uni-rostock.de

Ingrid Rieck | Universität Rostock
Weitere Informationen:
http://www.uni-rostock.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Fassaden, die mitdenken
06.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Beton aus dem 3D-Drucker
04.12.2017 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was für IT-Manager jetzt wichtig ist

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

30 Baufritz-Läufer beim 25. Erkheimer Nikolaus-Straßenlauf

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten