Учёные создали неподвластные износу гидравлические «шестерни» для роботов и машин
Американские инженеры совершили прорыв в технологии передачи движения, отойдя от принципов, которые оставались неизменными тысячелетиями. Специалисты из Нью-Йоркского университета разработали принципиально новый механизм, в котором функцию зубьев традиционных шестерён выполняет поток жидкости. Это открытие обещает создание более гибких, долговечных и отказоустойчивых систем для робототехники и различных машин.
Как отметил один из авторов работы, профессор математики и физики Джун Чжан, были изобретены шестерни нового типа, которые входят в зацепление за счёт вращения жидкости, а не сцепления физических зубьев. Это даёт ранее недоступные возможности по контролю скорости и даже направления вращения. Идея пришла к исследователям, наблюдающим за тем, как воздух или вода приводят в движение турбины. Учёные предположили, что правильно направленные потоки жидкости могут имитировать работу твёрдых зубчатых колёс.
Эксперименты подтвердили эту гипотезу. В серии опытов два цилиндра погружались в вязкую смесь воды и глицерина. При вращении первого цилиндра-ротора окружающая жидкость начинала интенсивное движение. Оказалось, что поведение системы кардинально меняется в зависимости от расстояния между цилиндрами. На близкой дистанции жидкость действует как микроскопические зубья, толкая второй цилиндр и заставляя его вращаться в противоположном направлении, подобно шестерням в механических часах. Если же цилиндры раздвинуть, жидкость начинает обтекать второй ротор, как невидимый ремень, увлекая его вращение в том же направлении.
Ключевое преимущество разработки — её исключительная надёжность. Как пояснил доцент математики Лейф Ристроф, обычные шестерни требуют идеального совмещения зубцов, а любая соринка или дефект могут привести к заклиниванию. В гидравлической системе детали не контактируют физически, поэтому им не страшен износ или попадание абразивных частиц — жидкость просто обтекает препятствие.
Одной из самых перспективных сфер применения «жидких» шестерён считается мягкая робототехника. Технология позволит заменить жёсткие металлические передачи на системы с гибкой, адаптивной передачей движения. В перспективе это может привести к созданию машин, способных мгновенно изменять передаточное отношение простой регулировкой параметров жидкости.
Результаты исследования были в научном журнале Physical Review Letters.