教科書(shū)要改寫(xiě)？美國(guó)發(fā)明無(wú)齒齒輪，中國(guó)發(fā)明5000年的齒輪變天了？

你能想象沒(méi)有齒的齒輪嗎？

2026年1月13日，物理學(xué)頂級(jí)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》刊登了一項(xiàng)可能改寫(xiě)機(jī)械教科書(shū)的重磅成果。美國(guó)紐約大學(xué)（NYU）及其上海分校張駿教授、Leif Ristroph副教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出顛覆性的“流體齒輪”。這項(xiàng)發(fā)明徹底拋棄了實(shí)體齒輪的咬合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了“隔空傳力”。它或許意味著，困擾人類(lèi)數(shù)千年的機(jī)械磨損與卡頓噩夢(mèng)，即將終結(jié)。

01、一部齒輪史，半部文明史

要理解這項(xiàng)發(fā)明的含金量，得先往回看5000年。

早在公元前3000年，中國(guó)古人就在戰(zhàn)車(chē)上使用了齒輪；古希臘人造出了安提基特拉機(jī)械來(lái)預(yù)測(cè)星象。從工業(yè)革命的蒸汽機(jī)到如今的精密機(jī)器人，齒輪一直是工業(yè)文明的心臟。但這顆心臟有個(gè)致命缺陷：硬碰硬

不管是木頭、金屬還是塑料，傳統(tǒng)的齒輪必須“牙咬牙”。只要有一顆沙粒掉進(jìn)去，或者齒距哪怕偏差了一毫米，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)卡死、崩裂。正所謂：剛極易折。

02、上善若水的機(jī)械革命

紐約大學(xué)的科學(xué)家們突發(fā)奇想：如果齒輪沒(méi)有牙齒，還會(huì)壞嗎？

他們找來(lái)兩個(gè)光溜溜的圓柱體，把它們丟進(jìn)一種粘稠的甘油水溶液里。神奇的一幕發(fā)生了：

當(dāng)科學(xué)家驅(qū)動(dòng)其中一個(gè)圓柱體（主動(dòng)輪）旋轉(zhuǎn)時(shí)，周?chē)囊后w被攪動(dòng)了起來(lái)。這些液體并沒(méi)有四散逃逸，而是形成了一股定向的渦流，像一只無(wú)形的大手，穩(wěn)穩(wěn)地抓住了旁邊那個(gè)原本靜止的圓柱體（被動(dòng)輪），推著它一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

03、大象無(wú)形：看不見(jiàn)的“幽靈齒”

最讓人拍案叫絕的，是這杯水里的“微操”。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)圓柱體靠得很近時(shí)，中間的流體就會(huì)形成一個(gè)個(gè)微小的渦旋，這些渦旋就像是“液態(tài)的牙齒”。它們?cè)趦蓚€(gè)圓柱之間緊密咬合，推動(dòng)被動(dòng)輪反向旋轉(zhuǎn)。

這不就是標(biāo)準(zhǔn)齒輪的工作模式嗎？唯一的區(qū)別是，中間沒(méi)有金屬撞擊的噪音，只有流體的靜謐流動(dòng)。

但好戲還在后頭。

當(dāng)科學(xué)家把兩個(gè)圓柱體的距離拉遠(yuǎn)，或者讓主動(dòng)輪轉(zhuǎn)得飛快時(shí)，流體的性格突然變了。原本咬合的“液態(tài)牙齒”消失了，流線變成了一條條環(huán)繞的閉環(huán)，像一根隱形的皮帶，緊緊裹住了兩個(gè)圓柱體，帶著被動(dòng)輪同向旋轉(zhuǎn)

此時(shí)，它不再是齒輪，而瞬間變身成了滑輪和傳送帶。

一套裝置，既能像齒輪一樣咬合，又能像皮帶一樣傳動(dòng)，切換只需調(diào)整距離或轉(zhuǎn)速。這種“可編程”的機(jī)械特性，是傳統(tǒng)固體齒輪做夢(mèng)都不敢想的。

這一刻，物理學(xué)展示了它的終極浪漫：天下之至柔，馳騁天下之至堅(jiān)。

04、永不磨損的未來(lái)

這項(xiàng)技術(shù)的殺手锏在于“無(wú)接觸”。

因?yàn)閮蓚€(gè)轉(zhuǎn)子之間永遠(yuǎn)隔著一層流體，理論上，這種齒輪永遠(yuǎn)不會(huì)磨損

傳統(tǒng)的機(jī)械齒輪最怕進(jìn)沙子，一粒沙就能毀掉一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。但在流體齒輪里，沙子只是過(guò)客。異物會(huì)順著流體滑走，系統(tǒng)照轉(zhuǎn)不誤。

Ristroph 教授自豪地說(shuō)：流體齒輪沒(méi)有卡死的煩惱。

這簡(jiǎn)直是為未來(lái)機(jī)器人量身定做的。試想一下，未來(lái)的火星探測(cè)器、深海機(jī)器人，或者是植入人體的微型醫(yī)療設(shè)備，它們不再需要潤(rùn)滑油，不再擔(dān)心磨損，甚至可以由柔軟的材料制成，在極其惡劣的環(huán)境中如魚(yú)得水。

雖然目前這項(xiàng)技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未應(yīng)用到你的汽車(chē)變速箱里，但它打開(kāi)了一扇大門(mén)。它告訴我們，驅(qū)動(dòng)世界的未必非得是鋼鐵的咆哮，也可以是流體的低語(yǔ)。

畢竟，再堅(jiān)硬的牙齒也會(huì)脫落，唯有水流，生生不息。

參考文獻(xiàn)：

1. Smith, J. E., Ristroph, L., & Zhang, J. (2026). Hydrodynamic Spin-Coupling of Rotors.Physical Review Letters, 136, 024001.