Los dientes son bastante importantes para los engranajes porque actúan como punto de contacto principal para la transferencia de potencia mecánica. Es casi imposible imaginar cómo funcionarían los engranajes sin ellos, pero un equipo de la Universidad de Nueva York no sólo se atrevió a hacerlo, sino que siguió adelante y construyó el artilugio. Su versión de un engranaje funciona bien sin un solo diente, utilizando líquido en su lugar para el “contacto”. Es un gran problema porque los dientes de los engranajes normales, independientemente de cómo estén construidos o de qué estén hechos, son rígidos, por lo que a veces pueden romperse bajo presión. También tienen que estar perfectamente alineados, o la máquina acaba atascándose.
El equipo fue dirigido por Jun Zhang, que enseña matemáticas y física en la Universidad de Nueva York y la Universidad de Nueva York en Shanghai, y el trabajo se publica en la revista Physical Review Letters. La forma en que lograron esto fue colocando dos cilindros lisos, a los que denominaron rotores, en un tanque con forma de anillo. Este recipiente está lleno de una mezcla de glicerol (un líquido almibarado) y agua. Sin embargo, sólo un cilindro tiene motor, mientras que el otro simplemente permanece ahí, pasivo. A medida que el cilindro gira, también arrastra al segundo, sin que los dos se toquen nunca. Lo bueno es que el equipo podría incluso marcar tanto la velocidad como la dirección de ese giro.
La inspiración detrás de la creación fueron en realidad las turbinas. Son girados por el viento y el agua todo el día, e incluso hay una planta de energía en Japón que convierte el agua de mar en electricidad usando presión para hacer girar uno, por lo que es inteligente pensar que los engranajes pueden funcionar de la misma manera.
Cómo actúa el líquido como dientes
El equipo tuvo que jugar con muchas configuraciones para alcanzar el punto óptimo, durante el cual también hicieron algunos hallazgos bastante interesantes. Por un lado, tuvieron que sembrar el líquido con pequeñas burbujas, lo que les ayudó a rastrear cómo se desplazaban. También jugaron con la viscosidad del líquido (lo espeso y pegajoso que se siente). Después de eso, ajustaron principalmente dos configuraciones: la distancia entre los cilindros y la velocidad a la que giraba el impulsado.
Aquí descubrieron que el espaciado juega un papel bastante importante. Coloque los engranajes demasiado juntos y el flujo arremolinado se apretará en el espacio. Esto termina haciendo que el rotor pasivo gire en sentido opuesto. Sepárelos y el líquido terminará actuando como una correa sobre una polea, haciendo que ambos cilindros comiencen a girar en la misma dirección. Curiosamente, a veces incluso alterar la velocidad de giro podría provocar que el patrón de flujo se invierta.
En cuanto a los casos de uso del mundo real, el equipo de Zhang ve un ajuste en las articulaciones apretadas de los robots humanoides, en los que muchas empresas están trabajando. En aquellos con cajas de cambios normales donde los dientes se tocan, un poco de arena o polvo puede calzar entre ellos y bloquear todo. Un engranaje fluido dejaría un pequeño espacio entre esas piezas, por lo que los mismos desechos simplemente flotan a través del líquido y siguen moviéndose sin atascar nada. Las posibles desventajas son la pérdida de energía en el fluido y, por supuesto, la fuga ocasional. Otra aplicación posiblemente más realista, según Earth.com, son los robots blandos, del tipo blando construido para doblarse y agarrarse suavemente.
