Ein Forschungsteam der New York University hat ein innovatives Gerät entwickelt, das ohne herkömmliche Zahnräder auskommt. Stattdessen nutzt es Flüssigkeit als primäres Kontaktmittel zur Übertragung mechanischer Energie, was paradigmatisch für den Einsatz von Zahnrädern ist. Die Studie, die in den Physical Review Letters veröffentlicht wurde, zeigt, dass eine solche Konstruktion potenzielle Vorteile bietet, darunter erhöhte Flexibilität und geringe Anfälligkeit für mechanische Schäden.
Das Team, geleitet von Jun Zhang, Professor für Mathematik und Physik an der NYU und NYU Shanghai, hat zwei glatte Zylinder, die als Rotoren bezeichnet werden, in einem ringförmigen Tank mit einem Gemisch aus Glycerin und Wasser platziert. Während einer der Zylinder motorisiert ist, bleibt der andere passiv. Bemerkenswert ist, dass der aktive Zylinder den passiven durch die Bewegung mitreißt, ohne dass die beiden jemals direkt in Berührung kommen. Zudem kann das Team sowohl die Geschwindigkeit als auch die Drehrichtung der Rotoren steuern.
Wie Flüssigkeit als Zähne fungiert
Während ihrer Forschung führte das Team zahlreiche Konfigurationen durch, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Dabei entdeckten sie, dass die Flüssigkeit mit kleinen Bläschen versehen werden musste, um die Strömung zu verfolgen. Des Weiteren spielten die Viskosität der Flüssigkeit sowie der Abstand zwischen den Zylindern eine entscheidende Rolle. Bei zu engem Abstand kann die Strömung behindert werden, was dazu führt, dass der passive Rotor sich entgegengesetzt dreht. Wenn die Zylinder jedoch weiter auseinander gezogen werden, agiert die Flüssigkeit wie ein Riemen, sodass beide Zylinder in die gleiche Richtung rotieren.
Die Forschenden identifizieren Anwendungsmöglichkeiten in der Robotik, insbesondere bei humanoiden Robotern, die dem Problem von Verstopfungen in herkömmlichen Getrieben begegnen. Ein fester Partikel, der zwischen dran stoßende Zahnräder gelangt, kann die Funktionsfähigkeit stören. Im Gegensatz dazu würde ein flüssiges Zahnrad einen kleinen Abstand zwischen den Komponenten lassen, wodurch Schmutz durch die Flüssigkeit hindurchfließen kann. Dennoch werden eventuelle Herausforderungen, wie Energieverluste in der Flüssigkeit und mögliche Leckagen, genannt. Eine weitere realistische Anwendung könnte der Einsatz in sanften Robotern sein, die entwickelt wurden, um sanft zu greifen und sich zu biegen.
