Аўтаматы: магічныя таямніцы старажытнага свету, механічныя цуды Сярэднявечча, сучасныя цуды майстэрскіх майстроў. Ну, хопіць алітэрацыі.
Аўтаматы, аўтаматы, робаты, аўтаматычныя машыны: усе гэтыя словы апісваюць клас машын, якія лічацца адносна аўтаномнымі і могуць выконваць загадзя запраграмаваныя функцыі або аперацыі дзякуючы серыі загадзя вызначаных механічных інструкцый.
Заўвага для батанікаў граматыкі: аўтаматы і аўтаматы з'яўляюцца юрыдычнымі версіямі аўтаматаў у множным ліку; аднак «гандлёвы аўтамат» - гэта своеасаблівы кафэтэрый, які выглядае як аўтамат з ежай у кабіне. Ён адчыняецца, калі ўстаўляецца манета.
Аўтаматы могуць мець розныя формы і памеры, і могуць рабіць амаль усё, што людзі могуць сабе ўявіць і сканструяваць у механічную сістэму.
Аўтаматы, на якіх я хачу засяродзіцца, - гэта некалькі складаных версій, з якімі вы можаце быць знаёмыя, напрыклад, гадзіннікі з зязюляй (птушкі, якія выскокваюць з дзвярэй, каб паказаць час) або простыя настольныя цацкі з ручным рухам жывёл (напрыклад, коні, птушкі ці рыбы) ) і цікавыя сцэны.
Гістарычныя аўтаматы ўключаюць музычныя шкатулкі з фігуркамі, шчабятанне птушак і надзвычай складаныя і дзіўныя чалавечыя фігуры П'ера Жаке-Дро, якія малююць малюнкі, пішуць фразы або ствараюць музычныя інструменты.
Пазней я прывяду больш прыкладаў, але спачатку давайце зразумеем гісторыю аўтаматаў з самага пачатку.
Разумныя інжынеры і майстры стваралі аўтаматы на працягу доўгага часу, і некаторыя запісы з'явіліся яшчэ каля 1000 г. да н.э., што складае больш за 3000 гадоў таму.
На жаль, прыклады старажытных культур, такіх як Кітай, Грэцыя і Рым, альбо былі забыты гісторыяй, альбо захаваліся толькі праз тэкст, малюнкі і карціны. Людзі могуць уключыць у абмеркаванне старажытны антыкітэрскі механізм каля 100 г. да н.э., але паколькі гэта можа быць не аўтаматычная машына, а складаны падлік і калькулятар, я не буду ўключаць яго сюды.
Самыя раннія аб'екты звычайна ствараліся як рэлігійныя машыны, каб паказаць уладу лідэраў або выклікаць духоўны вопыт падчас наведвання святых месцаў, такіх як храмы. Аднак нават у першым стагоддзі нашай эры герой Аляксандра, вядомы сваім укладам у навуку, матэматыку і тэхніку, стварыў механічную сцэнічную п'есу з выкарыстаннем вяровак, вузлоў, шасцярні і іншых простых механізмаў, каб завяршыць яе, якая нібыта доўжылася 10 хвілін .
Выкарыстоўваючы свае веды ў галіне гідраўлікі, пнеўматыкі і механікі, Герой вынайшаў машыны, якія могуць выконваць задачы ў дадатак да забаў, такія як праграмуемыя самакіравальныя каляскі, гандлёвыя аўтаматы, духавыя органы і розныя баявыя машыны.
Звычайна гэта паралельная гісторыя аўтаматаў: цікавы бок спалучаецца з вынаходніцтвам і распрацоўкай, каб натхніць і паказаць механічны прагрэс цікавымі, а часам і магічнымі спосабамі.
У залежнасці ад часу і месца ў гісторыі, забабонныя грамадзянскія асобы могуць разглядаць аўтаматы з падазрэннем, таму што многія людзі не маюць непасрэднага досведу працы з такімі прыладамі. Гэта азначае, што гісторыя аб цудоўнай статуі або цудзе распаўсюдзіцца па ўсім натоўпе, але на самой справе гэта геніяльнае прыстасаванне, прызначанае для імітацыі таямнічага вопыту.
У Сярэднявеччы большая частка «заходняга» свету страціла навыкі і ноў-хаў вырабляць такія машыны. Візантыя і шырокі арабскі свет працягнулі традыцыі грэкаў (і, магчыма, кітайцаў, дзякуючы гандлю з Далёкім Усходам)), ствараюць падобныя машыны і пішуць артыкулы, такія як «Кніга аб геніяльных прыладах» у сучасным Іраку вакол 850 год нашай эры
Аўтаматы, створаныя мусульманскімі інжынерамі і вынаходнікамі, сапраўды неверагодныя, на стагоддзі раней, чым многія вядомыя заходнія ўзоры. Ісламскі залаты век паміж 780 і 1260 гадамі нашай эры стаў сведкам выбуху навуковага прагрэсу, параўнальнага з любым перыядам у гісторыі: яны былі асновай большасці заходніх навуковых традыцый.
Аўтаматы часоў і геаграфічных рэгіёнаў уключаюць створаныя чалавекам істоты, такія як статуі ветру, змеі, скарпіёны і спевы птушак, праграмуемыя гульцы на флейце, лодкі з рабатызаванымі групамі «на чатыры чалавекі» і больш практычныя ручныя аўтаматычныя пральныя машыны з механізмам прання .
Да таго часу Кітай можа мець двухтысячагадовую традыцыю аўтаматаў, і ён вырабляе аўтаматы, якія складаюцца з рыкаючых тыграў, спеваў птушак, лятучых птушак і нават складаных вадзяных гадзіннікаў з лічбамі адліку часу.
Ёсць апісанне аўтаматычных механічных лялечных спектакляў, аўтаматычных аркестраў і механічных драконаў, каб назваць некалькі. На жаль, большасць створаных або запісаных рэчаў былі пазней знішчаны заваяванай дынастыяй Мін у сярэдзіне 14-га стагоддзя, у выніку чаго многія рэчы былі забыты гісторыяй.
Хоць у некаторых частках Еўропы ўсё яшчэ існуе традыцыя аўтаматаў, у 13-м стагоддзі аднавілася цікавасць да твораў і прылад, прызначаных для шакіравання турыстаў, і гэтыя вырабы і прылады зноў з'явіліся ў судах па ўсёй Еўропе.
Лічыцца, што на гэты час у значнай ступені паўплывалі грэчаскія тэксты, перакладзеныя на лацінскую і італьянскую мовы, што стымулявала цікавасць да творчасці старажытных матэматыкаў і вынаходнікаў. Знакамітае адраджэнне аўтаматаў адбылося ў эпоху Адраджэння і Асветніцтва.
У мінулым аўтаматычная тэхналогія працавала гідраўлікай (вада), пнеўматыкай (ветрам і парай) або гравітацыяй (вагой), што значна абмяжоўвала складанасць і памер абсталявання. Вельмі маленькія і складаныя аўтаматы патрабуюць з'яўлення новых тэхналогій.
З шырокім распаўсюджваннем больш дасканалых інжынерных, матэматычных і тэхналагічных сістэм (напрыклад, гадзіннікавага вытворчасці) і металургічнай навукі (якая выкарыстоўваецца для вырабу спружын) здольнасць ствараць сапраўды складаныя (і прыгожыя) машыны расцвіла.
На працягу сотняў гадоў мы ўвайшлі ў тое, што я лічу залатым векам аўтаматаў, калі некаторыя з самых вядомых прыкладаў усё яшчэ існуюць. Ёсць шмат добрых прыкладаў, і многія людзі могуць падумаць, што паняцце аўтаматаў у асноўным паходзіць з той эпохі.
З пачатку 15-га стагоддзя да пачатку 20-га стагоддзя аўтаматы развіваліся паралельна з гадзіннікамі і прамысловым абсталяваннем, неафіцыйна адсочваючы прагрэс інавацый і механічных вынаходніцтваў.
Японія і Кітай па-ранейшаму моцныя ў гэтым плане, і нават пасля турбулентнасці дынастыі цудоўныя ўзоры гэтага перыяду ўсё яшчэ выяўляюцца. У Японіі практыка механічных марыянетак «каракуры» мае доўгую традыцыю з сярэдзіны 1660-х да пачатку 20-га стагоддзя.
Вытворцы інструментаў, гадзіннікавыя майстры, слесары, вынаходнікі і нават чараўнікі стварылі некалькі сапраўды дзіўных аўтаматаў, хоць яны ўсё яшчэ падобныя на тыя, што былі сотні ці тысячы гадоў таму, але цяпер больш кампактныя і складаныя.
Фрагмент астранамічнага гадзінніка Страсбургскага сабора, Францыя (фота прадастаўлена Tangopaso/Wikipedia Commons)
У гэты перыяд былі вынайдзены сучасныя гадзіннікі з зязюляй, якія, магчыма, узніклі з ранніх узораў вялікіх гарадскіх гадзіннікаў, дзе аніміраваныя персанажы змяшчаліся ў знакамітых машынах, такіх як астранамічныя гадзіннікі ў Страсбургу і Празе. Пазалочаны певень у першай версіі самага вядомага элемента сабора ў Страсбургу, які зараз знаходзіцца ў гарадскім музеі дэкаратыўнага мастацтва, лічыцца самым старым аўтаматам у свеце.
Кіруючыся філасофскім мысленнем Рэнэ Дэкарта і іншых, з'явіліся машыны ў натуральную велічыню і больш мініяцюрныя. Ён лічыў, што жывёлы - гэта проста складаныя біямеханічныя машыны, якія можна пабудаваць.
Стрававальная качка, намаляваная Жакам дэ Вакансанам (фота падзялілася Scientific American/Wikipedia)
Гэта не зусім новая ідэя, але яна вядзе да акцэнту на аўтаматах жывёл, некаторыя з якіх выходзяць за рамкі папярэдніх разважанняў. Цікавым прыкладам з'яўляецца стрававальная качка, якая шмат у чым нагадвае качку, але найбольш унікальным з'яўляецца тое, што яна есць грануляваную ежу, а потым, здаецца, спаражняецца.
Для сучаснай аўдыторыі не дзіўна, што аўтаматы насамрэч не ператраўліваюць ежу, але французскі інжынер Жак дэ Вокансон відавочна выкарыстаў гэта, каб праследаваць прымітыўны рэалізм прыроды.
Мы не павінны занадта смяяцца: дэ Вакансан быў піянерам у многіх галінах (у тым ліку вынаходніцтва аўтаматычнага ткацкага станка і будаўніцтва першага суцэльнаметалічнага такарнага станка), ён пабудаваў тое, што лічыцца першым біямеханічным аўтаматам, флейтай прайгравальнік, ён можа прайграваць дванаццаць розных песень. Змайстраваў і бубен. Натхненнем для стварэння гэтых двух аўтаматаў стаў курс анатоміі французскага хірурга.
Гэта таксама была эпоха знакамітых гадзіннікавых майстроў П'ера Жаке-Дро і Анры Майярдэ, якія стварылі некаторыя з самых уражлівых чалавекападобных аўтаматаў, якія маглі маляваць малюнкі, падпісваць і пісаць простыя паведамленні.
Сярэдзіна дзевятнаццатага стагоддзя (прыкладна з 1860 г.) да прыкладна 1910 г. лічылася «залатым векам аўтаматаў» (была нават аднайменная кніга), таму што прамысловая рэвалюцыя выклікала з'яўленне вялікай колькасці стандартызаваных механічных частак, і колькасць кампаній, якія вырабляюць аўтаматы, павялічылася. Прастата вырабу. Тысячы аўтаматаў і механічных пявучых птушак экспартаваліся па ўсім свеце, і яны карысталіся папулярнасцю ў калекцыянераў аж да пярэдадня Першай сусветнай вайны.
Нядзіўна, што глабальная эканамічная дылема і кансерватыўныя настроі, выкліканыя разбуральнымі трагедыямі глабальных войнаў, змянілі прыярытэты ўсёй Еўропы (адзін з цэнтраў вытворчасці аўтаматаў), і стварэнне аўтаматаў больш не адносіцца да шырокай практыкі. Нягледзячы на тое, што ў Еўропе, Азіі ці Злучаных Штатах Амерыкі яно ніколі не знікала цалкам, механічнае вынаходніцтва саступіла месца мастацкаму боку рэчаў, таму што прагрэс у галіне электрычнасці і тэхналогіі вытворчасці зрабіў аўтаматы адносна простымі ў вытворчасці.
Нейкі час кампаніі былі сканцэнтраваны альбо на стварэнні элегантнага мастацтва з дапамогай аўтаматаў, альбо на вырабе танных цацачных прылад. Зараз, у эпоху Інтэрнэту, мы назіраем рэнесанс гэтых праектаў, таму што людзі зноўку знаёмяцца з уражлівымі, але цікавымі аспектамі аўтаматаў - у Інтэрнэце можна знайсці шмат цікавых і танных прыкладаў.
Нягледзячы на тое, што гэта можа быць крыху непрыемна для тых, хто любіць мастацкае майстэрства і неверагодную тэхніку аўтаматаў, даступны кошт дазваляе людзям лёгка ўвайсці ў свет інжынерных прынцыпаў праз цікавыя аўтаматы.
Гэта дало мне дэталёвае разуменне таго, як простыя механічныя прынцыпы аб'ядналіся для стварэння некаторых з самых уражлівых вынаходак у гісторыі.
Для ўсіх, хто сёння звяртае ўвагу на аўтаматы высокага класа, відавочна, што незвычайныя інжынерныя тэхналогіі можна спалучаць з уражлівым мастацкім майстэрствам для дасягнення выдатных мэтаў. Але нават у самых якасных прыкладах прынцыпы кіравання аўтаматамі ў асноўным такія ж, як і тыя, якія выкарыстоўваліся стагоддзямі, таму што большасць з іх заснавана на вельмі простых механічных прынцыпах генерацыі руху.
Я хачу сказаць, што 95% аўтаматаў выкарыстоўваюць пяць асноўных механічных прынцыпаў для стварэння руху, і толькі ў рэдкіх выпадках выкарыстоўваюцца рэчы, якія не адпавядаюць гэтым катэгорыям. Катэгорыі наступныя: колы, шківы, шасцярні, кулачкі і шатуны. Калі б я быў прыхільнікам, я мог бы аб'яднаць колы, шківы і шасцярні ў вялікую групу. Але дзеянні, якія яны ствараюць, некалькі адрозніваюцца і могуць выкарыстоўвацца для унікальных дзеянняў, так што давайце спынімся на пяці агульных катэгорыях.
Першы - кола. У многіх выпадках ён проста рухаецца вакол восі, каб дазволіць аб'екту круціцца, або стварае лінейны рух для ўсёй машыны на аснове аўтамата, кіруе ёю, як легкавы аўтамабіль або цягнік, або выкарыстоўвае схаваныя колы для стварэння жывёл Ілюзія руху.
Кола можа быць унутраным прывадам іншага механізму, а можа быць проста канчатковым кампанентам у механічным ланцугу. Добрым прыкладам канчатковага кампанента, які з'яўляецца колам, з'яўляецца гадзіннік з зязюляй, які характарызуецца кольцам з сімваламі, якое выходзіць з унутранага боку корпуса гадзінніка і звычайна прымацавана да бакавой часткі простага кола.
Шківы з'яўляюцца эвалюцыяй колаў, таму што яны могуць быць гладкімі або зубчастымі і злучацца з ланцугамі або рамянямі для перадачы кручэння аддаленым аб'ектам. У залежнасці ад налады, шкіў можа перадаваць вярчальны рух пад пэўным вуглом праз гнуткі рэмень (звычайна сустракаецца на розных старых прамысловых машынах) і можа забяспечваць пэўную абарону механізму ад удараў.
Змена дыяметра паміж двума шківамі можа павялічваць або памяншаць хуткасць, але, што больш важна, гэта можа фактычна змяняць колькасць прыкладзенай сілы. Гэта вырашае праблему, калі ўваход занадта слабы для непасрэднага перамяшчэння вялікіх кампанентаў або занадта магутны і яго трэба паменшыць, каб абараніць механізм.
У далейшым шасцярэнькі ў асноўным з'яўляюцца зубчастымі шківамі, яны зроблены вельмі дакладна і могуць непасрэдна ўваходзіць у зачапленне з іншым зубчастым шківам.
Самыя першыя перадачы былі абсалютна недакладнымі. Адна з шасцярэнек мела два паралельныя колы з раўнамерна размешчанымі стрыжнямі, якія злучалі іх. Гэтыя колы ўваходзілі ў сетку з адным колам, якое выступала з вобада на раўнамерна размешчаных стрыжнях. Іх можна знайсці ў найстарэйшых аўтаматах старажытнага Кітая ці Грэцыі і з'яўляюцца асноўнымі кампанентамі некаторых з самых вядомых вялікіх гадзіннікаў у свеце.
Але з развіццём тэхналогій і далейшым разуменнем геаметрыі перадач з'явіліся вельмі дакладныя перадачы, якія вы пазнаеце сёння, якія могуць вельмі дакладна перадаваць вельмі вялікія сілы і, як шківы, могуць выкарыстоўвацца для змены хуткасці, сілы або забеспячэння дакладнае суадносіны механізму ГРМ (відавочна). Вынаходніцтва прэцызійных перадач дазволіла вельмі складанай машыне з выкарыстаннем асноўных рычагоў цалкам раскрыць свой патэнцыял.
Кулачок - яшчэ адзін найстаражытны механізм, таму што, кажучы простымі словамі, гэта кола з эксцэнтрыкавым валам. Гэта стварае нетрадыцыйныя паўтаральныя руху, якія можна выкарыстоўваць для лінейнага руху. У асноўным прынцыпе выкарыстоўваюцца колы спецыяльнай формы, звычайна ў форме круглага ліста або спіральнага слімака, з кулачковым рычагом (просты палец або зуб, які ляжыць на перыферыі), каб пераўтварыць рух у іншае кола або шатун, такім чынам утвараючы A рух назад і чацвёрты. Гэта можа быць надзвычай просты або вельмі складаны рух, але прынцып той жа.
Апошнім будаўнічым блокам з'яўляецца шатун, які ўключае рычаг кулачка, рычаг і асноўны шарнірны рычаг. Гэтыя структуры вельмі простыя, але на самой справе яны з'яўляюцца асноўнымі функцыямі, якія ствараюць рух у аўтаматах. Шатун складаецца з стрыжня, які круціцца вакол адной восі, злучае дзве восі з абодвух канцоў або злучае тры ці больш восяў для стварэння складанай траекторыі руху.
Час публікацыі: 8 снежня 2021 г
