톱니는 기계적 동력 전달을 위한 주요 접점 역할을 하기 때문에 기어에 매우 중요합니다. 그것들 없이 기어가 어떻게 작동할지 상상하는 것은 거의 불가능합니다. 하지만 뉴욕 대학의 한 팀은 감히 그런 일을 해냈을 뿐만 아니라 실제로 장치를 만들었습니다. 기어에 대한 그들의 생각은 “접촉” 대신에 액체를 사용하여 단일 톱니 없이도 잘 작동합니다. 일반적인 기어 톱니는 제작 방법이나 재질에 관계없이 단단하기 때문에 압력을 가하면 부러질 수 있기 때문에 이는 큰 문제입니다. 그들은 또한 완벽하게 정렬되어야 합니다. 그렇지 않으면 기계가 멈추게 됩니다.
이 팀은 NYU와 NYU Shanghai에서 수학과 물리학을 가르치는 Jun Zhang이 이끌었고, 이 연구는 Physical Review Letters 저널에 게재되었습니다. 이를 달성한 방법은 로터라고 불리는 두 개의 매끄러운 실린더를 고리 모양의 탱크에 떨어뜨리는 것이었습니다. 이 용기에는 시럽 같은 액체인 글리세롤과 물이 혼합되어 채워져 있습니다. 하지만 한 실린더에만 모터가 있고 다른 실린더는 수동적으로 거기에 앉아 있습니다. 원통이 회전하면서 두 개가 서로 닿지 않은 채 두 번째 원통도 끌어당깁니다. 깔끔한 부분은 팀이 회전 속도와 방향을 모두 조절할 수 있다는 것입니다.
창조의 영감은 실제로 터빈이었습니다. 하루 종일 바람과 물에 의해 회전하는데, 일본에는 압력을 이용해 바닷물을 전기로 바꾸는 발전소도 있으니 기어도 같은 방식으로 작동할 수 있다고 생각하는 것이 현명합니다.
액체가 치아 역할을 하는 방법
팀은 최적의 지점에 도달하기 위해 다양한 구성을 가지고 실험해야 했고, 그 동안 꽤 멋진 결과도 얻었습니다. 우선, 그들은 액체에 작은 거품을 뿌려야 했고, 이는 그들이 어떻게 줄무늬가 나타나는지 추적하는 데 도움이 되었습니다. 그들은 또한 액체의 점도(얼마나 두껍고 끈끈한 느낌)를 가지고 장난을 쳤습니다. 그 후 그들은 주로 실린더 사이의 간격과 구동되는 실린더가 회전하는 속도라는 두 가지 설정을 조정했습니다.
여기서 그들은 간격이 꽤 큰 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 기어를 너무 가깝게 배치하면 소용돌이치는 흐름이 틈에 끼게 됩니다. 이로 인해 패시브 로터가 반대 방향으로 회전하게 됩니다. 이들을 떼어내면 액체가 도르래 위의 벨트처럼 작용하여 두 실린더가 같은 방향으로 회전하기 시작합니다. 흥미롭게도 때로는 회전 속도를 변경해도 흐름 패턴이 뒤집힐 수 있습니다.
실제 사용 사례에 대해 Zhang의 팀은 많은 회사가 연구하고 있는 휴머노이드 로봇의 비좁은 관절에 적합하다고 생각합니다. 톱니가 닿는 일반 기어박스의 경우, 약간의 모래나 먼지가 기어박스 사이에 끼어 전체를 잠글 수 있습니다. 유체 기어는 해당 부품 사이에 작은 틈을 남기므로 동일한 잔해물이 단순히 액체를 통해 표류하며 어떤 방해도 없이 계속 움직입니다. 잠재적인 단점은 유체의 에너지 손실과 간헐적인 누출입니다. Earth.com에 따르면 더욱 현실적인 또 다른 응용 분야는 부드럽게 구부리고 잡을 수 있도록 제작된 부드러운 로봇입니다.
