作为人类工程史上最古老的组件之一，齿轮已驱动文明发展数千年。如今，美国纽约大学的工程师为齿轮技术带来了颠覆性的液态革新。该团队研发出一种新型齿轮机构，利用流体动力学而非传统啮合齿牙来传递运动。这项发明为长期以来基本未变的基础机械齿轮设计提供了更灵活、更耐用的替代方案。

纽约大学及上海纽约大学教授张骏在1月13日表示："我们发明了通过旋转流体而非齿牙啮合的新型齿轮，并发现了控制转速乃至转向的新方法。"

齿轮的液态革新

传统齿轮可追溯至公元前3000年的青铜时代早期，通过金属、木材或塑料制成的实体齿牙传递动力。从中国古代战车到现代机器人设备，"啮合或失效"始终是传动系统的基本法则。这些系统若未完全对准，极易发生断裂、卡滞或故障。

因此，纽约大学团队决定设计一套完全无需齿轮齿牙、且组件互不接触的传动系统。受空气和水驱动涡轮的启发，研究人员提出精确引导的流体运动可模拟实体齿轮齿牙的功能。研究初期，团队进行了一系列实验：将两个圆柱体浸入水与甘油的粘稠混合液中。当主动转子带动第一个圆柱旋转时，周围液体并非静止，而是开始剧烈搅动。

实验发现，根据转子转速和圆柱间距的不同，流体会呈现两种截然不同的神奇运动模式。当圆柱距离较近时，流体如同微观齿牙，推动第二个圆柱反向旋转——这与瑞士手表齿轮的工作原理如出一辙。若拉大圆柱间距，流体则像无形的风扇皮带环绕第二个圆柱，带动其同向旋转。

永不卡滞的流体齿轮

传统齿轮结构脆弱，一粒沙子或齿牙上的微小缺损就可能导致整个传动系统卡死崩坏。这也解释了为何汽车需要机油润滑，自行车链条最终会断裂。

纽约大学库朗数学科学计算与数据研究所副教授莱夫·里斯特罗夫解释道："传统齿轮必须精心设计以确保齿牙精准啮合，任何缺陷、间距误差或微小颗粒都会导致其卡滞。而流体齿轮完全规避了这些问题，其转速乃至转向的调节方式都是机械齿轮无法实现的。"

由于组件永不接触，系统不存在断裂风险。即使有颗粒进入，流体也能自然绕行。液态齿轮的潜在应用领域包括软体机器人技术，未来或可取代硬质金属部件，实现基于流体的传动。这项技术有望催生能通过微调流体特性即时改变传动比的柔性机器，为下一代机械系统开辟全新可能。