Kijk! Zonder tanden! (video)

Niet de mop over de jongen die aan zijn moeder wil laten zien dat hij met losse handen kan fietsen, maar een ‘tandwielmechanisme’ dat werkt dankzij vloeistofstromen. Zonder tanden dus.

Tandwielen behoren tot de oudste machineonderdelen en gaan terug tot ongeveer 3000 jaar voor Christus. Maar ze zijn ook kwetsbaar: de tanden zijn stijf en kunnen breken én moeten perfect in elkaar grijpen om te functioneren. Jun Zhang, hoogleraar wiskunde en natuurkunde aan de New York University (NYU) en de NYU Shanghai en zijn collega’s—Leif Ristroph, universitair hoofddocent wiskunde aan het Courant Institute van NYU, en Jesse Etan Smith, promovendus aan NYU—zich af of het mogelijk is apparaten te maken die werken als tandwielen, maar geen tanden nodig hebben en elkaar niet fysiek hoeven te raken.

‘Fluid Gears’

“Onze ‘fluid gears’ grijpen niet in met tanden, maar met stromende vloeistof,” zegt Zhang. “Zo kunnen we draaisnelheid en zelfs draairichting op nieuwe manieren regelen.” Zhang is de hoofdauteur van het artikel Hydrodynamic Spin-Coupling of Rotors, dat hij samen met zijn collega’s publiceerde in Physical Review Letters.

In experimenten werden cilinders in een glycerol-wateroplossing geplaatst. Eén cilinder werd actief aangedreven, terwijl de ander passief was. De stromingen zorgden ervoor dat de passieve cilinder meedraaide—soms in tegengestelde richting, soms juist mee—afhankelijk van afstand en snelheid.

Het voordeel is duidelijk: traditionele tandwielen moeten perfect in elkaar grijpen, en elke fout kan leiden tot vastlopen of breuk. Vloeistoftandwielen hebben dat probleem niet en bieden extra controle over snelheid en draairichting.

Volgens de onderzoekers zouden deze ‘fluid gears’ bijvoorbeeld toepasbaar zijn in poeliesystemen, robotica en andere mechanische installaties waar flexibiliteit en slijtvastheid cruciaal zijn.