U tradicionalnim mehaničkim sklopovima zupčanici prenose snagu putem zupčanih rubova koji se međusobno dodiruju. Iako je ovaj princip dokazano učinkovit, zupčanici s čvrstim zupcima podložni su lomovima i zahtijevaju precizno usklađivanje. Istraživači s New York University (NYU) pokazali su da je moguće zamijeniti čvrste zupce tečnim medijem i time izraditi potpuno novi tip zupčanika – tekuće zupčanike – koji se okreću bez ikakvog fizičkog dodira.
Kako funkcioniraju tekući zupčanici
Umjesto zupčanih rubova, u ovom sustavu dva glatka cilindra (rotora) smještena su u prstenasti spremnik ispunjen mješavinom glicerola i vode. Glicerol, poznat po visokoj viskoznosti, djeluje kao “mekani” medij kroz koji se prenosi rotacijska energija. Jedan od cilindara pokreće motor, dok je drugi pasivan – ne pokreće se izravnim mehaničkim kontaktom, već ga pokreće protok tekućine uzrokovan rotacijom prvog cilindara.
Ključni element je stvaranje vrlo uskog razmaka između cilindara. Kada se aktivni cilindar okreće, uzrokuje vrtložni tok tekućine koji prenosi moment na pasivni cilindar. Budući da se radijalni i tangencijalni dijelovi protoka mijenjaju ovisno o brzini i smjeru rotacije, moguće je kontrolirati i smjer i brzinu okretanja pasivnog dijela bez ikakvog mehaničkog spoja.
Eksperimentalna postavka i rezultati
Tim pod vodstvom profesora Jun Zhanga, koji predaje matematiku i fiziku na NYU i NYU Shanghai, proveo je niz eksperimenata kako bi otkrio optimalne uvjete. Prvo su u tekućinu uveli sitne mjehuriće – oni su služili kao vizualni pokazatelji putanje protoka. Zatim su varirali viskoznost smjese, mijenjali razmak između cilindara i prilagođavali brzinu motora.
Rezultati su pokazali da je razmak između cilindara najkritičniji parametar. Previše blizak razmak dovodi do trenja i mogućeg zaglavljivanja, dok preveliki razmak smanjuje učinkovitost prijenosa momenta. Optimalni razmak, u kombinaciji s viskoznošću smjese od oko 70 % glicerola i 30 % vode, omogućio je stabilno okretanje pasivnog cilindara pri brzini i smjeru koji su točno podešeni od strane aktivnog motora.
\
