科学家发明了新型液体齿轮：这种用水驱动的齿轮不会发生磨损

这一进展或许能让机器免于磨损和卡顿。作为最古老的工程部件之一，齿轮为人类文明的发展提供了数千年的动力。现在，美国纽约大学的工程师给齿轮加入了液体元素。

研究团队开发出了一种新型齿轮机构，通过流体动力学原理来传动，而不是依靠咬合齿轮来实现。这一发明颠覆了齿轮设计的基本原理，提供了更灵活、更耐用的新选择。纽大和纽大上海分校的数学和物理学家张骏教授1月13日称："我们发明了新型齿轮，该齿轮依靠搅动液体来传动，而不是靠咬合齿轮。而且我们发现了控制转速甚至方向的新功能。"

早在青铜时代（公元前3000年）早期，传统齿轮就开始使用金属、木头或塑料做的固体齿轮来传动。从古代中国的战车到现代机器人，遵守的都是"齿轮咬合才能传动"的规则。如果咬合不严密，这些齿轮系统就容易发生断裂或卡顿。因此，纽约大学的研究团队决定设计一个完全没有咬合齿轮的系统，事实上这个系统中的元件互不接触。

受到空气和水驱动涡轮机的启发，研究人员提出，对流体精确制导可以起到物理咬合齿轮的作用。一开始，研究人员进行了一系列试验，将两个圆柱体浸入水和甘油的粘稠混合物中。当他们用主动转子转动第一个圆柱体时，周围的液体也不是静止的，而是开始搅动。

根据转子旋转速度和两个圆柱体间的距离，液体呈现出两种截然不同的神奇状态。当两个圆柱体距离很近时，流体就像微小的齿轮，会推动第二个圆柱体朝着相反的方向旋转，就如同瑞士手表中的齿轮。如果两个圆柱体分得较远，流体会绕着第二个圆柱体循环流动，如同一条看不见的风扇皮带，这会带动第二个圆柱体朝着相同方向旋转。

标准的齿轮很容易坏，一颗沙粒或是一个微小的缺口都可能引发整个齿轮系统卡顿甚至碎裂。这就是你的汽车需要加油、你的自行车链条会断掉的原因。纽约大学库朗数学科学研究所的计算和数据科学副教授利夫·里斯特洛夫解释道："常规齿轮的设计必须经过精心计算，以便咬合齿轮能完美嵌入，任何缺陷、间距不对或是沙粒都会引发齿轮卡顿。"

里斯特洛夫解释道："流体齿轮不会有这些问题，而且它的速度和方向都可以改变，这是机械齿轮做不到的。"因为各元件之间从不互相接触，所以不会出现断裂的情况。如果有沙粒进入系统，液体会带着它流动。液体齿轮的一项潜在用途是制造柔软机器人。在未来，基于液体的传动系统也许能取代坚硬的金属部件。

它或许可以制造出能瞬间改变齿轮比的灵活机器，只需微调流体属性就能实现。

这一研究结果1月13日发表在了《物理评论快报》期刊上。

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