Tim New York University berhasil menunjukkan bahwa putaran bisa dipindahkan tanpa kontak fisik antargigi. Dalam rancangan ini, satu rotor aktif menyeret rotor pasif melalui cairan di dalam tangki berbentuk cincin, sehingga mekanisme tetap bergerak meski tidak ada bagian logam yang saling bersentuhan.
Hasil itu penting karena roda gigi konvensional sangat bergantung pada presisi tinggi. Saat posisi meleset atau tekanan terlalu besar, sistem mekanis bisa macet atau mengalami kerusakan mendadak.
Bagaimana fluid gears bekerja
Riset yang dipimpin Jun Zhang, pengajar matematika dan fisika di NYU dan NYU Shanghai, dipublikasikan di jurnal Physical Review Letters. Alih-alih memakai roda bergigi, tim menempatkan dua silinder halus atau rotor ke dalam tangki cincin berisi campuran gliserol dan air.
Hanya satu silinder yang digerakkan motor, sedangkan silinder lainnya dibiarkan pasif. Saat rotor aktif berputar, cairan di sekitarnya ikut membawa rotor kedua bergerak tanpa sentuhan langsung.
Tim juga bisa mengatur kecepatan dan arah putaran sistem. Hal ini memperlihatkan bahwa transfer gerak tidak selalu harus terjadi lewat gigi mekanis yang saling mengunci.
Eksperimen menemukan jarak yang menentukan arah putaran
Untuk mencari konfigurasi paling efektif, para peneliti mengubah kekentalan cairan, jarak antar silinder, dan kecepatan rotor yang digerakkan motor. Mereka juga menambahkan gelembung-gelembung kecil ke dalam fluida agar aliran lebih mudah diamati.
Hasil percobaan menunjukkan jarak antarrotor sangat memengaruhi pola aliran. Jika kedua silinder terlalu dekat, aliran yang berputar terjepit di celah di antaranya dan membuat rotor pasif berputar ke arah berlawanan.
Saat jaraknya diperlebar, cairan justru bekerja seperti sabuk pada katrol. Dalam kondisi itu, kedua silinder mulai berputar ke arah yang sama meski tetap tanpa kontak fisik.
Perubahan kecepatan putar juga mampu mengubah pola aliran. Artinya, bukan hanya posisi, tetapi juga dinamika gerak menentukan bagaimana cairan meneruskan tenaga dari satu rotor ke rotor lain.
Potensi penggunaan di robot dan soft robots
Inspirasi rancangan ini datang dari turbin yang bisa berputar karena angin, air, atau tekanan. Tim menilai logika serupa dapat diterapkan ke roda gigi karena keduanya sama-sama berkaitan dengan pemindahan energi lewat putaran.
Potensi yang paling dekat ada pada sendi sempit robot humanoid. Pada gearbox biasa, pasir atau debu bisa masuk di antara gigi dan mengunci seluruh sistem, sedangkan fluid gears memberi ruang bagi kotoran untuk ikut terbawa cairan tanpa membuat mekanisme macet.
Selain robot humanoid, soft robots juga disebut sebagai aplikasi yang relevan. Robot jenis ini dirancang lentur agar bisa membengkok dan menggenggam dengan lembut, sehingga sistem berbasis cairan dinilai cocok dengan karakter mekaniknya.
Ada pula batasan yang masih harus diperhitungkan. Sistem seperti ini dapat mengalami kehilangan energi di dalam fluida dan tetap memiliki risiko kebocoran.
Pendekatan tersebut belum menggantikan roda gigi biasa, tetapi hasil riset ini menunjukkan bahwa cairan bisa mengambil peran yang selama ini hanya diisi oleh kontak logam. Di titik itulah fluid gears membuka jalur baru bagi mesin yang lebih tahan terhadap macet dan partikel pengganggu.
