Une équipe de recherche de l'Université de New York a récemment développé un nouveau système « d'engrenage liquide ». Cet appareil ne nécessite pas que les dents physiques des engrenages traditionnels s'engrènent les unes avec les autres. Au lieu de cela, il transmet la force de rotation par le biais d’un mouvement fluide, ce qui devrait apporter une plus grande adaptabilité et durabilité aux équipements mécaniques.

Cette recherche a été dirigée par Zhang Jun, professeur de mathématiques et de physique à l'Université de New York et professeur à l'Université de New York à Shanghai. Les résultats pertinents ont été publiés dans "Physical Review Letters". Les chercheurs ont déclaré avoir inventé un nouveau type de système d'engrenage qui repose sur la rotation du fluide plutôt que sur les dents pour "s'engager", et ont découvert que cette conception peut non seulement contrôler la vitesse de rotation, mais également ajuster le sens de rotation.

En tant que composant de base des systèmes mécaniques, les engrenages ont une histoire de plusieurs milliers d'années et remontent à la Chine vers 3 000 avant JC, lorsqu'ils étaient utilisés dans les chars à deux roues qui traversaient le désert de Gobi. Depuis lors, les engrenages sont largement apparus dans divers appareils tels que le mécanisme grec d'Anticythère, les moulins à vent, les horloges et les robots modernes.

Cependant, les engrenages traditionnels présentent depuis longtemps certaines limites. Que le matériau soit du bois, du métal ou du plastique, la structure dentaire elle-même est relativement rigide et facilement endommagée. En même temps, il doit être aligné avec précision, sinon l'effet de fonctionnement pourrait être affecté. Pour cette raison, l’équipe de recherche a commencé à explorer si un comportement de transmission semblable à celui d’un engrenage pouvait être obtenu sans dents physiques ni même sans contact direct entre les composants.

Les chercheurs pensent que, puisque les flux d'air et d'eau peuvent entraîner des turbines et d'autres appareils, le flux de fluide contrôlé avec précision peut théoriquement assumer la fonction des dents d'engrenage traditionnelles. Pour vérifier cette idée, l'équipe a mené des expériences détaillées, en utilisant un rotor cylindrique immergé dans un mélange de glycérine et d'eau pour contrôler les caractéristiques de mouvement du fluide en ajustant la viscosité et la densité du liquide.

Dans l'expérience, un rotor cylindrique était entraîné en rotation par une alimentation externe, tandis que l'autre restait passif. Les chercheurs prédisent que le mouvement du rotor actif créera un champ d’écoulement dans le liquide, qui fera tourner le rotor passif. Afin d'observer plus intuitivement comment le fluide transmet la puissance, l'équipe a également ajouté de minuscules bulles au liquide pour afficher la trajectoire de l'écoulement ; en même temps, ils ont également testé les performances dans différents espacements de rotors et différentes conditions de vitesse.

Les résultats montrent que l'interaction entre le cylindre en rotation et le liquide environnant peut en effet simuler différents types de systèmes de transmission mécanique. Lorsque les deux cylindres sont proches l’un de l’autre, le liquide agit comme les dents s’emboîtent entre les engrenages traditionnels, provoquant la rotation du rotor passif dans le sens opposé. Lorsque la distance entre les deux cylindres est plus grande et que le rotor actif tourne plus rapidement, le liquide agit sur le rotor passif d'une manière similaire à une courroie enroulant une poulie, faisant tourner les deux rotors dans le même sens.

L'équipe de recherche estime que cette solution d'engrenage à base de fluide présente plusieurs avantages potentiels par rapport aux engrenages traditionnels. Leif Ristroph, professeur agrégé au Courant Institute of Mathematics, Computational and Data Sciences de l'Université de New York, a déclaré que les engrenages ordinaires doivent être conçus avec précision pour garantir que les dents correspondent exactement. Tout défaut, erreur d'espacement ou petites particules peut provoquer un bourrage ; Les « engrenages liquides » n'ont pas ces problèmes, et leur vitesse et leur sens de rotation peuvent également permettre des réglages difficiles à réaliser avec les engrenages mécaniques traditionnels.