Científicos estadounidenses crean engranajes líquidos sin contacto ni dientes que no se atascan ni se desgastan

Un equipo de investigadores diseñó un sistema de engranajes que utiliza la dinámica de fluidos en lugar de dientes para transmitir movimiento. Este enfoque plantea una alternativa más flexible y resistente frente a los diseños mecánicos tradicionales, que han cambiado muy poco a lo largo de los siglos.

Inventamos nuevos tipos que se acoplan haciendo girar un fluido en lugar de mediante el entrelazamiento de los dientes, y descubrimos nuevas capacidades para controlar la velocidad de rotación e incluso la dirección, afirma Jun Zhang, profesor de matemáticas y física en la Universidad de Nueva York (NYU) y en la Universidad de Nueva York en Shanghái, y autor principal del estudio.

Investigadores realizan una renovación líquida

Los engranajes existen desde alrededor del año 3000 a. C. y, desde entonces, han utilizado dientes sólidos —de madera, metal o plástico— para transmitir movimiento. Desde los antiguos carros en China hasta la robótica moderna, estos requieren una alineación precisa y pueden desgastarse o fallar con el uso.

Para superar estas limitaciones, el equipo propuso un diseño en el que las piezas no necesitan tocarse. Inspirados en el funcionamiento de turbinas impulsadas por aire o agua, plantearon que flujos controlados podían cumplir el mismo papel.

Para probarlo, realizaron experimentos con dos cilindros sumergidos en una mezcla de agua y glicerol. Al hacer girar uno de ellos, el líquido comenzó a moverse y transmitió esa energía al segundo cilindro. El comportamiento variaba según la distancia y la velocidad.

Cuando los cilindros estaban cerca, el fluido actuaba como si fueran dientes invisibles, haciendo que el segundo girara en sentido contrario. En cambio, al aumentar la distancia, el flujo rodeaba el cilindro pasivo como una correa, provocando que ambos giraran en la misma dirección.

Una nueva posibilidad sin fallos

Los sistemas tradicionales son frágiles. Un solo grano de arena o una imperfección microscópica puede hacer que un engranaje se atasque o falle. Por eso, mecanismos como los de un automóvil requieren lubricación constante, y la falta de mantenimiento en una bicicleta puede terminar dañando la cadena.

“Los engranajes convencionales deben diseñarse cuidadosamente para que sus dientes encajen a la perfección, y cualquier defecto, espaciado incorrecto o pequeña partícula de suciedad provoca que se atasquen. Los hidráulicos están libres de todos estos problemas, y la velocidad e incluso la dirección se pueden cambiar de formas que no son posibles con los engranajes mecánicos”, explicó Leif Ristroph, profesor en la Escuela de Matemáticas, Computación y Ciencia de Datos del Instituto Courant de la Universidad de Nueva York.