Шестерня, одна из древнейших деталей человеческой техники, на протяжении тысячелетий двигала цивилизацию вперед. Но теперь инженеры из Нью-Йоркского университета в США придали ей новое жидкое воплощение. Они разработали механизм, в котором для передачи движения используется гидродинамика, а не физические зубья. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Это изобретение представляет собой более гибкую и долговечную альтернативу базовой механической конструкции шестерен, которая долгое время оставалась практически неизменной.
Вдохновившись тем, как воздух и вода приводят в движение турбины, исследователи предположили, что точно направленные потоки жидкости могут имитировать функцию физических зубьев шестерен. Чтобы подтвердить свою гипотезу, они провели серию экспериментов, в ходе которых погружали два цилиндра в густую смесь воды и глицерина.
Когда они раскрутили один цилиндр с активным ротором, окружающая его жидкость не осталась неподвижной, а начала бурлить. При этом в зависимости от скорости вращения и расстояния между цилиндрами жидкость вела себя по-разному. Так, на близком расстоянии она действовала как микроскопические зубцы — давила на второй цилиндр, заставляя его вращаться в противоположном направлении, точно так же, как шестеренки в часах.
Когда цилиндры устанавливали дальше друг от друга, жидкость начинала огибать второй цилиндр, как невидимый вентиляторный ремень, и заставляла его двигаться в том же направлении.
Обычные шестерни должны быть тщательно спроектированы, чтобы их зубья идеально подходили друг к другу, а любой дефект, неправильный зазор или частица песка могут привести к заклиниванию. В гидромеханических передачах нет всех этих проблем, а скорость и даже направление можно менять способами, недоступными для механических передач. Поскольку детали никогда не соприкасаются, ломаться нечему. Если в систему попадает частица грязи, жидкость просто обтекает ее.
По словам разработчиков, одно из возможных применений жидкостных передач — мягкая робототехника. Это может открыть путь к созданию гибких машин, которые смогут мгновенно регулировать передаточные числа, просто настраивая свойства жидкости.
Ранее Наука Mail рассказывала, что томские ученые нашли способ управлять свойствами графена с помощью воды.
