美媒：“液體齒輪”，沒齒也能轉

來源：環球時報

美國“每日科技”網站4月23日文章，原題：科學家創造出無需接觸即可旋轉的“液體齒輪” 近日，美國紐約大學和中國上海紐約大學的研究人員在美國《物理評論快報》上發表論文，展示了一種液體齒輪系統，利用流體運動產生旋轉，有望催生出比傳統齒輪更具適應性和耐用性的機械裝置。

齒輪作為機械的基本組成部分已有數千年歷史，最早的齒輪可以追溯到幾千年前的中國，當時人們用齒輪制造戰車，馳騁于戈壁沙漠。幾個世紀以來，齒輪在各種裝置中都發揮著重要作用。盡管傳統齒輪歷史悠久，但它們也存在局限性。無論是木質、金屬還是塑料材質的齒輪都非常硬，容易損壞，而且必須要兩個或多個齒輪的輪齒精確對齊才能正常運轉。

“我們發明的新型齒輪通過流體旋轉，而不是齒輪的輪齒之間相互嚙合來實現運作，我們還發現了它控制旋轉速度甚至方向的新功能，”紐約大學和上海紐約大學數學與物理學教授、該論文的資深作者張軍（音）說。張軍與紐約大學柯朗數學、計算和數據科學學院的數學副教授萊夫·里斯特羅夫、紐約大學研究人員杰西·伊坦·史密斯合作，探索是否可以在沒有物理上的輪齒直接接觸的情況下實現齒輪的功能。流動的空氣和水能夠驅動渦輪機等系統，給了研究人員靈感。他們提出，精心控制的流體也可以有效地起到齒輪的作用。

研究團隊利用浸沒在甘油和水混合液體中的圓柱體轉子進行實驗。通過調節流體的密度等特性，他們能夠控制流體的行為。在流體齒輪實驗裝置中，研究人員設置了兩個圓柱體，一個圓柱體被驅動旋轉，而另一個圓柱體最開始保持靜止。研究人員預測，旋轉圓柱體的運動會驅動流體流動，從而驅動靜止圓柱體旋轉。為了觀察這些流動，他們在液體中引入了微小氣泡，以便觀察流體如何傳遞運動。實驗在不同的圓柱體間距和不同的旋轉速度下進行。研究人員發現，在特定條件下，流體中的圓柱體能與另一個圓柱體向著同一方向旋轉；在另一些條件下，它可以朝相反方向旋轉。

結果表明，旋轉圓柱體與周圍流體的相互作用可以模擬不同的機械系統。當兩個圓柱體間距較近時，流體如同傳統齒輪的嚙合齒，使另一個圓柱體反向旋轉。當圓柱體間距較大且主動旋轉的圓柱體轉速更快時，流體則像皮帶輪系統一樣包裹在另一個圓柱體周圍，使二者同向旋轉?！捌胀X輪必須經過精心設計，才能保證輪齒嚙合精準，任何缺陷、間距不當或一點點沙礫都會導致卡死，”里斯特羅夫說，“液體齒輪則完全避免了這些問題，還能以機械齒輪無法實現的方式改變轉速甚至方向?！保ㄗ髡哒材匪埂さ戮S特，張亮譯）