كل شيء عن Automata: السحر الميكانيكي (مع فيديو أكشن) - إعادة التشغيل

الأوتوماتا: الألغاز السحرية للعالم القديم، والعجائب الميكانيكية في العصور الوسطى، والعجائب الحديثة للحرفيين الرئيسيين. حسنا، ما يكفي من الجناس.
أوتوماتا، أوتوماتا، روبوت، آلة أوتوماتيكية: كل هذه الكلمات تصف فئة من الآلات التي تعتبر ذاتية التشغيل نسبيًا ويمكنها أداء وظائف أو عمليات مبرمجة مسبقًا بسبب سلسلة من التعليمات الميكانيكية المحددة مسبقًا.
ملاحظة جانبية للمهووسين النحويين: Automata وautomata كلاهما نسختان قانونيتان بصيغة الجمع من automata؛ ومع ذلك، فإن "آلة البيع" هي نوع من الكافتيريا التي تشبه آلة بيع الطعام في حجرة، وسيتم فتحها عند إدخال العملة المعدنية.
يمكن أن يكون للأوتوماتا أشكال وأحجام مختلفة، ويمكنه فعل أي شيء تقريبًا يمكن للناس تخيله وتصميمه في نظام ميكانيكي.
الآلات الأوتوماتيكية التي أريد التركيز عليها هي بعض الإصدارات المعقدة التي قد تكون على دراية بها، مثل ساعات الوقواق (الطيور التي تخرج من الباب لتعرف الوقت) أو الألعاب المكتبية البسيطة التي يتم تحريكها يدويًا على شكل حيوانات (مثل الخيول أو الطيور أو الأسماك) ) ومشاهد مثيرة للاهتمام.
تشتمل الآلات الآلية التاريخية على صناديق الموسيقى ذات التماثيل الصغيرة، والطيور المغردة، والشخصيات البشرية شديدة التعقيد والرائعة لبيير جاكيه دروز، حيث يرسم الصور أو يكتب العبارات أو يعزف على الآلات الموسيقية.
سأقدم المزيد من الأمثلة لاحقًا، لكن دعونا أولاً نفهم تاريخ الآلات الآلية من البداية.
لقد قام المهندسون والحرفيون الأذكياء ببناء الآلات لفترة طويلة، وظهرت بعض السجلات في وقت مبكر يعود إلى حوالي 1000 قبل الميلاد، أي منذ أكثر من 3000 عام.
ومن المؤسف أن الأمثلة من الثقافات القديمة مثل الصين واليونان وروما إما قد نسيها التاريخ أو لا يمكن البقاء على قيد الحياة إلا من خلال النصوص والرسومات واللوحات. قد يقوم الناس بتضمين آلية أنتيكيثيرا القديمة حوالي عام 100 قبل الميلاد في المناقشة، ولكن نظرًا لأن هذه قد لا تكون آلة أوتوماتيكية، ولكنها آلة عد وآلة حاسبة معقدة، فلن أدرجها هنا.
عادةً ما يتم إنشاء الأشياء الأقدم كآلات دينية لإظهار قوة القادة أو لاستحضار التجارب الروحية عند زيارة الأماكن المقدسة مثل المعابد. ومع ذلك، حتى في القرن الأول الميلادي، قام بطل الإسكندر، المعروف بمساهماته في العلوم والرياضيات والهندسة، بإنشاء مسرحية ميكانيكية باستخدام الحبال والعقد والتروس وغيرها من الآلات البسيطة لإكمالها والتي زُعم أنها استغرقت 10 دقائق. .
باستخدام خبرته في علم الهيدروليكا، وعلم الهواء المضغوط، والميكانيكا، اخترع هيرو آلات يمكنها أداء المهام بالإضافة إلى الترفيه، مثل العربات ذاتية القيادة القابلة للبرمجة، وآلات البيع، وأجهزة الرياح، وآلات الحرب المختلفة.
عادةً ما يكون هذا هو التاريخ الموازي للآلات الآلية: يتم الجمع بين الجانب المثير للاهتمام مع الاختراع والهندسة لإلهام وإظهار التقدم الميكانيكي بطرق مثيرة للاهتمام وساحرة في بعض الأحيان.
اعتمادًا على الزمان والمكان في التاريخ، قد ينظر المدنيون المؤمنون بالخرافات إلى الأجهزة الآلية بعين الشك، لأن العديد من الأشخاص ليس لديهم خبرة مباشرة مع مثل هذه الأجهزة. وهذا يعني أن قصة التمثال أو المعجزة المعجزة ستنتشر بين الجمهور، لكنها في الحقيقة أداة بارعة مصممة لتقليد تجربة غامضة.
وفي العصور الوسطى، فقد معظم العالم "الغربي" المهارات والمعرفة اللازمة لصنع مثل هذه الآلات. واصلت بيزنطة والعالم العربي الأوسع تقاليد اليونانيين (وربما الصينيين، بفضل التجارة مع الشرق الأقصى))، وإنشاء آلات مماثلة وكتابة الأوراق، مثل "كتاب عن الأجهزة البارعة" في العراق الحالي حولها. 850 م.
إن الآلات التي صنعها المهندسون والمخترعون المسلمون مذهلة حقًا، فهي أقدم بقرون من العديد من الأمثلة الغربية الشهيرة. شهد العصر الذهبي الإسلامي بين عامي 780 و1260 ميلادية انفجارًا في التقدم العلمي يمكن مقارنته بأي فترة في التاريخ: فقد كان أساسًا لمعظم التقاليد العلمية الغربية.
تشمل الآلات من الزمن والمناطق الجغرافية مخلوقات من صنع الإنسان مثل تماثيل الرياح والثعابين والعقارب والطيور المغردة، وعازفي الناي القابلين للبرمجة، والقوارب ذات العصابات الآلية "لأربعة أشخاص"، وأيدي أكثر عملية - مع غسالة أوتوماتيكية حديثة مع آلية الغسيل .
وبحلول ذلك الوقت، قد يكون لدى الصين تقليد يمتد إلى ألفي عام من تصنيع الآلات الآلية، وهي تنتج آلات آلية تتألف من النمور الزائرة، والطيور المغردة، والطيور الطائرة، بل وحتى الساعات المائية المعقدة التي تحتوي على أرقام لقياس الوقت.
هناك أوصاف لعروض الدمى الميكانيكية الآلية، والأوركسترا الآلية، والتنانين الميكانيكية، على سبيل المثال لا الحصر. للأسف، تم تدمير معظم الأشياء التي تم إنشاؤها أو تسجيلها لاحقًا على يد أسرة مينغ التي تم غزوها في منتصف القرن الرابع عشر، مما تسبب في نسيان العديد من الأشياء عبر التاريخ.
على الرغم من أنه لا يزال هناك تقليد للأتمتة في بعض أجزاء أوروبا، إلا أنه في القرن الثالث عشر، كان هناك اهتمام متجدد بالإبداعات والأجهزة المصممة لصدمة السياح، وظهرت هذه المنتجات والأجهزة مرة أخرى في المحاكم في جميع أنحاء أوروبا.
ويعتقد أن هذه المرة تأثرت إلى حد كبير بالنصوص اليونانية المترجمة إلى اللاتينية والإيطالية، والتي حفزت الاهتمام بخلق علماء الرياضيات والمخترعين القدماء. حدثت نهضة الآلات الآلية الشهيرة خلال عصر النهضة والتنوير.
في الماضي، كانت تكنولوجيا التشغيل الآلي تعمل بالمكونات الهيدروليكية (الماء)، أو الخصائص الهوائية (الرياح والبخار)، أو الجاذبية (بالوزن)، مما حد بشكل كبير من تعقيد المعدات وحجمها. تتطلب الآلات الصغيرة والمعقدة ظهور تقنيات جديدة.
ومع التبني الواسع النطاق للأنظمة الهندسية والرياضية والتكنولوجية الأكثر تقدما (مثل صناعة الساعات) وعلوم المعادن (المستخدمة في صنع النوابض)، ازدهرت القدرة على إنشاء آلات معقدة (وجميلة) حقا.
منذ مئات السنين، دخلنا ما أعتبره العصر الذهبي للآلات الآلية، حيث لا تزال بعض الأمثلة الأكثر شهرة موجودة. هناك العديد من الأمثلة الجيدة، وقد يعتقد الكثير من الناس أن مفهوم الأوتوماتا مشتق إلى حد كبير من تلك الحقبة.
منذ أوائل القرن الخامس عشر إلى أوائل القرن العشرين، تطورت الآلات الآلية بالتوازي مع الساعات والساعات والآلات الصناعية، وتتبع بشكل غير رسمي تقدم الابتكار والاختراع الميكانيكي.
ولا تزال اليابان والصين قويتين في هذا الصدد، وحتى بعد الاضطرابات التي شهدتها الأسرة الحاكمة، لا يزال يتم اكتشاف أمثلة رائعة لهذه الفترة. في اليابان، تتمتع ممارسة الدمى الميكانيكية "كاراكوري" بتقليد طويل يمتد من منتصف ستينيات القرن السابع عشر وحتى بداية القرن العشرين.
لقد ابتكر مصنعو الأدوات، وصانعو الساعات، وصانعو الأقفال، والمخترعون، وحتى السحرة بعض الآلات الآلية المذهلة حقًا، على الرغم من أنها لا تزال مشابهة لتلك التي كانت موجودة منذ مئات وآلاف السنين، ولكنها الآن أكثر إحكاما وتعقيدًا.
تفاصيل الساعة الفلكية بكاتدرائية ستراسبورغ، فرنسا (الصورة مقدمة من Tangopaso/Wikipedia Commons)
حدث اختراع ساعة الوقواق الحديثة خلال هذه الفترة، والتي ربما تطورت من الأمثلة المبكرة لساعات المدينة الكبيرة، حيث توجد شخصيات متحركة في آلات مشهورة مثل الساعات الفلكية في ستراسبورغ وبراغ. يعتبر الديك المذهّب في النسخة الأولى من أشهر عناصر كاتدرائية ستراسبورغ، الموجود الآن في متحف الفنون الزخرفية بالمدينة، أقدم رشاش آلي في العالم.
مدفوعة بالتفكير الفلسفي لرينيه ديكارت وآخرين، ظهرت آلات بالحجم الطبيعي وأكثر صغرًا. كان يعتقد أن الحيوانات مجرد آلات ميكانيكية حيوية معقدة يمكن بناؤها.
بطة هضمية رسمها جاك دي فوكانسون (الصورة مشتركة بين مجلة Scientific American/Wikipedia)
هذه ليست فكرة جديدة تمامًا، ولكنها تؤدي إلى التركيز على الآلات الحيوانية، وبعضها يقع خارج نطاق الاعتبارات السابقة. ومن الأمثلة المثيرة للاهتمام البطة الهاضمة، التي تشبه البط في العديد من النواحي، ولكن الأكثر تميزًا هو أنها تأكل الطعام الحبيبي ثم يبدو أنها تتبرز.
بالنسبة للجمهور المعاصر، ليس من المستغرب أن الآلات الآلية لا تهضم الطعام فعليًا، ولكن من الواضح أن المهندس الفرنسي جاك دي فوكانسون استخدم ذلك لمتابعة الواقعية البدائية للطبيعة.
لا ينبغي لنا أن نضحك كثيرًا: فقد كان دي فوكانسون رائدًا في العديد من المجالات (بما في ذلك اختراع النول الآلي وبناء أول مخرطة معدنية بالكامل)، وقام ببناء ما يُعتقد أنه أول آلة ميكانيكية حيوية، وهو الناي مشغل، يمكنه تشغيل اثنتي عشرة أغنية مختلفة. كما قام ببناء عازف الدف. جاء الإلهام لهاتين الآليتين من دورة التشريح لجراح فرنسي.
كان هذا أيضًا عصر صانعي الساعات المشهورين بيير جاكيه دروز وهنري مايلارد، اللذين ابتكرا بعضًا من أكثر الآلات الآلية البشرية إثارة للإعجاب والتي يمكنها رسم الصور والتوقيع وكتابة رسائل بسيطة.
كان منتصف القرن التاسع عشر (حوالي 1860) إلى حوالي 1910 يعتبر "العصر الذهبي للآلات الآلية" (حتى أنه كان هناك كتاب يحمل نفس الاسم)، لأن الثورة الصناعية تسببت في ظهور عدد كبير من الأجزاء الميكانيكية الموحدة، وتكاثر عدد الشركات المنتجة للآلات. سهلة الصنع. تم تصدير الآلاف من الطيور الآلية والطيور المغردة الميكانيكية إلى جميع أنحاء العالم، وظلت تحظى بشعبية لدى هواة الجمع حتى عشية الحرب العالمية الأولى.
ليس من المستغرب أن المعضلة الاقتصادية العالمية والمواقف المحافظة الناجمة عن المآسي المدمرة للحروب العالمية قد غيرت أولويات أوروبا بأكملها (أحد مراكز إنتاج الآلات)، ولم يعد إنشاء الآلات الآلية ينطبق على ممارسة أوسع. على الرغم من أنه لم يختف تمامًا في أوروبا وآسيا والولايات المتحدة الأمريكية، إلا أن الاختراع الميكانيكي أفسح المجال للجانب الفني للأشياء، لأن التقدم في تكنولوجيا الكهرباء والتصنيع جعل إنتاج الآلات أمرًا سهلاً نسبيًا.
لفترة من الوقت، ركزت الشركات إما على خلق فن أنيق باستخدام الآلات، أو على صنع أجهزة رخيصة تشبه الألعاب. الآن، في عصر الإنترنت، شهدنا نهضة لهذه المشاريع لأن الناس قد تعرضوا مجددًا للجوانب المثيرة للإعجاب ولكن المثيرة للاهتمام للأتمتة - يمكنك العثور على العديد من الأمثلة المثيرة للاهتمام ورخيصة الثمن على الإنترنت.
على الرغم من أن الأمر قد يكون محبطًا بعض الشيء بالنسبة لأولئك الذين يحبون البراعة الفنية والهندسة المذهلة للأتمتة، إلا أن السعر المعقول يسمح للناس بالدخول بسهولة إلى عالم المبادئ الهندسية من خلال الأتمتة المثيرة للاهتمام.
لقد أعطاني هذا فهمًا تفصيليًا لكيفية دمج المبادئ الميكانيكية البسيطة لإنشاء بعض الاختراعات الأكثر إثارة في التاريخ.
بالنسبة لأي شخص يهتم بالآلات الآلية المتطورة اليوم، فمن الواضح أنه يمكن الجمع بين الهندسة غير العادية والحرفية الفنية المبهرة لتحقيق أهداف رائعة. ولكن حتى في الأمثلة عالية الجودة، فإن مبادئ قيادة الآلات الآلية هي في الأساس نفس تلك المستخدمة منذ قرون، لأن معظمها يعتمد على مبادئ ميكانيكية بسيطة للغاية لتوليد الحركة.
أريد أن أقول إن 95% من الآلات الآلية تستخدم خمسة مبادئ ميكانيكية أساسية لإنشاء الحركة، وفي حالات نادرة فقط يتم استخدام أشياء لا تناسب هذه الفئات. الفئات هي كما يلي: العجلات والبكرات والتروس والحدبات وقضبان التوصيل. إذا كنت متمسكًا، فيمكنني دمج العجلات والبكرات والتروس في مجموعة أكبر. لكن الإجراءات التي يقومون بإنشائها مختلفة إلى حد ما ويمكن استخدامها لإجراءات فريدة، لذلك دعونا نلتزم بالفئات الخمس العامة.
الأول هو العجلة. في كثير من الحالات، يقود ببساطة على محور للسماح للكائن بالدوران، أو يخلق حركة خطية للآلة بأكملها بناءً على إنسان آلي، أو يقودها مثل سيارة الركاب أو القطار، أو يستخدم عجلات مخفية لإنشاء حيوانات الوهم من الحركة.
يمكن أن تكون العجلة هي المحرك الداخلي لآلية أخرى، أو يمكن أن تكون مجرد المكون الأخير في سلسلة ميكانيكية. من الأمثلة الجيدة على كون المكون النهائي عبارة عن عجلة هي ساعة الوقواق، والتي تتميز بحلقة شخصية تخرج من داخل جسم الساعة، وعادةً ما تكون متصلة بجانب عجلة بسيطة.
البكرات هي تطور للعجلات لأنها يمكن أن تكون ملساء أو مسننة ومتشابكة مع سلاسل أو أحزمة لنقل الدوران إلى الأجسام البعيدة. اعتمادًا على الإعداد، يمكن للبكرة نقل الحركة الدورانية بزاوية معينة من خلال حزام مرن (يوجد عادةً في العديد من الآلات الصناعية القديمة) ويمكن أن توفر بعض الحماية من الصدمات للآلية.
يمكن أن يؤدي تغيير القطر بين البكرتين إلى زيادة أو تقليل السرعة، ولكن الأهم من ذلك، أنه يمكن أن يغير في الواقع مقدار القوة المطبقة. يؤدي هذا إلى حل مشكلة أن الإدخال أضعف من أن يتمكن من نقل المكونات الكبيرة بشكل مباشر أو أنه قوي جدًا ويجب تقليله لحماية الآلية.
وفي تطور إضافي، أصبحت التروس عبارة عن بكرات مسننة بشكل أساسي، وهي مصنوعة بدقة شديدة ويمكن ربطها مباشرة مع بكرة مسننة أخرى.
كانت التروس الأولى غير دقيقة على الإطلاق. كان لأحد التروس عجلتان متوازيتان تربطهما قضبان متباعدة بشكل متساوٍ. تتشابك هذه العجلات مع عجلة واحدة تبرز من الحافة عند قضبان متباعدة بشكل متساوٍ. يمكن العثور عليها في أقدم الآلات الأوتوماتيكية في الصين أو اليونان القديمة، وهي المكونات الرئيسية لبعض الساعات الكبيرة الأكثر شهرة في العالم.
ولكن مع تقدم التكنولوجيا والفهم الإضافي لهندسة التروس، ظهرت إلى الوجود التروس الدقيقة جدًا التي ستتعرف عليها اليوم، والتي يمكنها نقل قوى كبيرة جدًا بدقة شديدة، ويمكن استخدامها، مثل البكرات، لتغيير السرعة أو القوة أو توفير نسبة آلية توقيت دقيقة (من الواضح). سمح اختراع التروس الدقيقة للآلات المعقدة للغاية التي تستخدم الروافع الأساسية بالوصول إلى إمكاناتها الكاملة.
تعد الكامة آلية أخرى أقدم، لأنها، في أبسط العبارات، عبارة عن عجلة ذات عمود غريب الأطوار. وينتج عن ذلك حركة متكررة غير تقليدية، والتي يمكن استخدامها لدفع الحركة الخطية. يستخدم المبدأ الأساسي عجلات ذات شكل خاص، عادة ما تكون على شكل ورقة دائرية أو حلزون حلزوني، مع تابع كام (إصبع بسيط أو سن يستقر على المحيط) لتحويل الحركة إلى عجلة أخرى أو قضيب توصيل، وبالتالي تشكيل A الحركة الخلفية والرابعة. يمكن أن تكون هذه حركة أساسية للغاية أو معقدة للغاية، ولكن المبدأ هو نفسه.
العنصر الأساسي الأخير هو قضيب التوصيل، والذي يشتمل على تابع الكامة، والرافعة، والذراع المحوري الأساسي. هذه الهياكل بسيطة للغاية، لكنها في الواقع هي السمات الرئيسية التي تخلق الحركة في الأوتوماتا. يتكون قضيب التوصيل من قضيب يدور حول محور واحد، أو يربط محورين في كلا الطرفين، أو يربط ثلاثة محاور أو أكثر لإنشاء مسار حركة معقد.