Bayangkan roda gigi yang bisa menyalurkan tenaga tanpa satu pun giginya saling bersentuhan. Itulah yang berhasil dibuat tim New York University lewat rancangan “fluid gears” yang memakai cairan sebagai penghubung gerak, bukan kontak fisik antarbagian logam.
Temuan ini menarik perhatian karena roda gigi konvensional mengandalkan gigi yang kaku dan harus sejajar sangat presisi. Saat tekanan terlalu besar atau posisi meleset, sistem bisa snap atau macet, sehingga pendekatan berbasis cairan membuka cara kerja yang berbeda untuk mesin bergerak.
Cara kerja roda gigi tanpa sentuhan
Riset ini dipimpin Jun Zhang, pengajar matematika dan fisika di NYU dan NYU Shanghai, dan dipublikasikan di jurnal Physical Review Letters. Alih-alih memakai roda bergigi, tim menempatkan dua silinder halus yang disebut rotors ke dalam tangki berbentuk cincin berisi campuran gliserol dan air.
Hanya satu silinder yang diberi motor, sementara silinder lain dibiarkan pasif. Saat silinder aktif berputar, cairan di sekitarnya menyeret rotor kedua ikut bergerak tanpa keduanya pernah bersentuhan langsung.
Tim juga bisa mengatur kecepatan dan arah putaran sistem itu. Pengendalian ini menjadi kunci karena menunjukkan bahwa transfer gerak tidak harus bergantung pada gigi mekanis yang saling mengunci.
Eksperimen mencari titik paling pas
Untuk menemukan konfigurasi terbaik, tim mencoba berbagai pengaturan. Mereka menambahkan gelembung-gelembung kecil ke dalam fluida agar aliran cairan lebih mudah dilacak, lalu mengubah viskositas atau kekentalan cairan dan menyesuaikan jarak antar silinder serta kecepatan rotor yang digerakkan motor.
Hasilnya menunjukkan jarak antarrotor sangat menentukan perilaku aliran. Jika kedua silinder terlalu dekat, aliran yang berputar terjepit ke 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 bisa mengubah pola aliran. Artinya, bukan hanya posisi, tetapi juga dinamika gerak dapat menentukan bagaimana cairan meneruskan tenaga dari satu rotor ke rotor lain.
Mengapa ide ini dianggap penting
Inspirasi rancangan ini datang dari turbin, yang bisa berputar karena angin, air, atau tekanan. Tim menilai logika serupa dapat diterapkan ke roda gigi, karena pada dasarnya keduanya sama-sama berkaitan dengan pemindahan energi lewat putaran.
Potensi pemakaian yang paling jelas ada pada sendi sempit robot humanoid. Pada gearbox biasa, partikel pasir atau debu bisa masuk di antara gigi, lalu mengunci seluruh sistem, sedangkan fluid gears memberi celah yang memungkinkan kotoran ikut terbawa cairan tanpa membuat mekanisme macet.
Ada juga kemungkinan kerugian yang harus diperhitungkan. Sistem seperti ini dapat mengalami kehilangan energi di dalam fluida dan tetap memiliki risiko kebocoran.
Selain robot humanoid, soft robots disebut sebagai aplikasi yang juga relevan. Robot jenis ini dirancang lentur agar bisa membengkok dan menggenggam dengan lembut, sehingga sistem berbasis cairan dinilai cocok dengan karakter mekaniknya.
Pendekatan ini masih perlu dikembangkan lebih jauh sebelum benar-benar menggantikan roda gigi biasa. Namun, riset ini menunjukkan bahwa kontak logam bukan satu-satunya cara untuk memindahkan putaran, dan cairan pun bisa memainkan peran seperti gigi dalam mesin modern.
