Uma equipe de pesquisa da Universidade de Nova York desenvolveu recentemente um novo sistema de “engrenagem líquida”. Este dispositivo não requer que os dentes físicos das engrenagens tradicionais se encaixem entre si. Em vez disso, transmite força rotacional através do movimento fluido, o que deverá trazer maior adaptabilidade e durabilidade aos equipamentos mecânicos.
Esta pesquisa foi liderada por Zhang Jun, professor de matemática e física na Universidade de Nova York e professor da Universidade de Nova York em Xangai. Os resultados relevantes foram publicados em "Physical Review Letters". Os pesquisadores disseram que inventaram um novo tipo de sistema de engrenagem que depende da rotação do fluido em vez de depender dos dentes para "engatar", e descobriram que esse projeto pode não apenas controlar a velocidade de rotação, mas também ajustar a direção da rotação.
Como componente básico em sistemas mecânicos, as engrenagens têm uma história de milhares de anos. Os primeiros vestígios remontam à China, por volta de 3.000 a.C., quando eram usados em carruagens de duas rodas que cruzavam o deserto de Gobi. Desde então, as engrenagens apareceram amplamente em vários dispositivos, como o antigo mecanismo grego de Antikythera, moinhos de vento, relógios e robôs modernos.
No entanto, as artes tradicionais têm há muito tempo certas limitações. Independentemente de o material ser madeira, metal ou plástico, a própria estrutura dentária é relativamente rígida e facilmente danificada. Ao mesmo tempo, deve estar alinhado com precisão na posição, caso contrário o efeito da operação pode ser afetado. Por causa disso, a equipe de pesquisa começou a explorar se o comportamento de transmissão semelhante ao de uma engrenagem poderia ser alcançado sem dentes físicos ou mesmo contato direto entre os componentes.
Os pesquisadores acreditam que, como o fluxo de ar e água pode acionar turbinas e outros dispositivos, o fluxo de fluido controlado com precisão pode, teoricamente, assumir a função dos dentes das engrenagens tradicionais. Para verificar essa ideia, a equipe realizou experimentos detalhados, utilizando um rotor cilíndrico imerso em uma mistura de glicerina e água para controlar as características de movimento do fluido, ajustando a viscosidade e a densidade do líquido.
No experimento, um rotor cilíndrico foi acionado para girar por energia externa, enquanto o outro permaneceu passivo. Os pesquisadores prevêem que o movimento do rotor ativo criará um campo de fluxo no líquido, que girará o rotor passivo. Para observar de forma mais intuitiva como o fluido transmite energia, a equipe também adicionou pequenas bolhas ao líquido para exibir a trajetória do fluxo; ao mesmo tempo, eles também testaram o desempenho sob diferentes espaçamentos de rotor e diferentes condições de velocidade.
Os resultados mostram que a interação entre o cilindro rotativo e o líquido circundante pode de fato simular diferentes tipos de sistemas de transmissão mecânica. Quando os dois cilindros estão próximos um do outro, o líquido atua como os dentes interligados entre as engrenagens tradicionais, fazendo com que o rotor passivo gire na direção oposta. Quando a distância entre os dois cilindros é maior e o rotor ativo gira mais rápido, o líquido atua no rotor passivo de maneira semelhante a uma correia envolvendo uma polia, fazendo com que os dois rotores girem na mesma direção.
A equipe de pesquisa acredita que esta solução de engrenagens à base de fluido tem diversas vantagens potenciais em relação às engrenagens tradicionais. Leif Ristroph, professor associado do Instituto Courant de Matemática, Ciências Computacionais e de Dados da Universidade de Nova York, disse que as engrenagens comuns devem ser projetadas com precisão para garantir que os dentes correspondam exatamente. Eventuais defeitos, erros de espaçamento ou pequenas partículas poderão causar emperramento; As "engrenagens líquidas" não apresentam esses problemas, e sua velocidade e direção de rotação também podem conseguir ajustes que são difíceis de conseguir com as engrenagens mecânicas tradicionais.