美媒：“液体齿轮”，没齿也能转

美国“每日科技”网站4月23日文章，原题：科学家创造出无需接触即可旋转的“液体齿轮” 近日，美国纽约大学和中国上海纽约大学的研究人员在美国《物理评论快报》上发表论文，展示了一种液体齿轮系统，利用流体运动产生旋转，有望催生出比传统齿轮更具适应性和耐用性的机械装置。

齿轮作为机械的基本组成部分已有数千年历史，最早的齿轮可以追溯到几千年前的中国，当时人们用齿轮制造战车，驰骋于戈壁沙漠。几个世纪以来，齿轮在各种装置中都发挥着重要作用。尽管传统齿轮历史悠久，但它们也存在局限性。无论是木质、金属还是塑料材质的齿轮都非常硬，容易损坏，而且必须要两个或多个齿轮的轮齿精确对齐才能正常运转。

“我们发明的新型齿轮通过流体旋转，而不是齿轮的轮齿之间相互啮合来实现运作，我们还发现了它控制旋转速度甚至方向的新功能，”纽约大学和上海纽约大学数学与物理学教授、该论文的资深作者张军（音）说。张军与纽约大学柯朗数学、计算和数据科学学院的数学副教授莱夫·里斯特罗夫、纽约大学研究人员杰西·伊坦·史密斯合作，探索是否可以在没有物理上的轮齿直接接触的情况下实现齿轮的功能。流动的空气和水能够驱动涡轮机等系统，给了研究人员灵感。他们提出，精心控制的流体也可以有效地起到齿轮的作用。

研究团队利用浸没在甘油和水混合液体中的圆柱体转子进行实验。通过调节流体的密度等特性，他们能够控制流体的行为。在流体齿轮实验装置中，研究人员设置了两个圆柱体，一个圆柱体被驱动旋转，而另一个圆柱体最开始保持静止。研究人员预测，旋转圆柱体的运动会驱动流体流动，从而驱动静止圆柱体旋转。为了观察这些流动，他们在液体中引入了微小气泡，以便观察流体如何传递运动。实验在不同的圆柱体间距和不同的旋转速度下进行。研究人员发现，在特定条件下，流体中的圆柱体能与另一个圆柱体向着同一方向旋转；在另一些条件下，它可以朝相反方向旋转。

结果表明，旋转圆柱体与周围流体的相互作用可以模拟不同的机械系统。当两个圆柱体间距较近时，流体如同传统齿轮的啮合齿，使另一个圆柱体反向旋转。当圆柱体间距较大且主动旋转的圆柱体转速更快时，流体则像皮带轮系统一样包裹在另一个圆柱体周围，使二者同向旋转。“普通齿轮必须经过精心设计，才能保证轮齿啮合精准，任何缺陷、间距不当或一点点沙砾都会导致卡死，”里斯特罗夫说，“液体齿轮则完全避免了这些问题，还能以机械齿轮无法实现的方式改变转速甚至方向。”（作者詹姆斯·德维特，张亮译）