Автомати: Магическите мистерии на древния свят, механичните чудеса на Средновековието, съвременните чудеса на майстори-занаятчии. Е, стига алитерация.
Автомати, автомати, робот, автоматична машина: Всички тези думи описват клас машини, които се считат за относително самостоятелно работещи и могат да изпълняват предварително програмирани функции или операции поради серия от предварително определени механични инструкции.
Странична бележка за любителите на граматиката: Автоматите и автоматите са легални множествени версии на автоматите; Въпреки това, „вендинг машината“ е вид кафетерия, която изглежда като автомат с храна в кабина. Тя ще се отвори, когато се постави монета.
Автоматите могат да имат различни форми и размери и могат да правят почти всичко, което хората могат да си представят и проектират в механична система.
Автоматите, върху които искам да се съсредоточа, са някои сложни версии, с които може да сте запознати, като часовници с кукувица (птици, изскачащи от вратата, за да кажат часа) или прости настолни играчки с ръчно задвижване на животни (като коне, птици или риби ) и интересни сцени.
Историческите автомати включват музикални кутии с фигурки, чуруликащи птици и изключително сложни и страхотни човешки фигури от Пиер Жаке-Дроз, които рисуват картини, пишат фрази или свирят на музикални инструменти.
По-късно ще представя още примери, но първо нека разберем историята на автоматите от самото начало.
Интелигентни инженери и занаятчии изграждат автомати от дълго време и някои записи се появяват още около 1000 г. пр.н.е., което е преди повече от 3000 години.
За съжаление примери от древни култури като Китай, Гърция и Рим или са забравени от историята, или могат да оцелеят само чрез текст, рисунки и картини. Хората може да включат в дискусията древния механизъм от Антикитера около 100 г. пр. н. е., но тъй като това може да не е автоматична машина, а сложен калкулатор и броене, няма да го включа тук.
Най-ранните предмети обикновено са създадени като религиозни машини, за да покажат силата на лидерите или да предизвикат духовни преживявания при посещение на свещени места като храмове. Въпреки това, дори през първи век сл. Хр., героят на Александър, известен с приноса си към науката, математиката и инженерството, създава механична сценична пиеса, използвайки въжета, възли, зъбни колела и други прости машини, за да я завърши, което се твърди, че е продължило 10 минути .
Използвайки своя опит в хидравликата, пневматиката и механиката, Hero изобретява машини, които могат да изпълняват задачи в допълнение към развлечението, като например програмируеми самоуправляващи се колички, автомати за продажба, вятърни органи и различни бойни машини.
Това обикновено е паралелната история на автоматите: интересната страна е съчетана с изобретение и инженерство, за да вдъхнови и покаже механичния прогрес по интересни и понякога магически начини.
В зависимост от времето и мястото в историята, суеверните цивилни може да гледат на автоматите с подозрение, защото много хора нямат опит от първа ръка с такива устройства. Това означава, че историята за чудодейна статуя или чудо ще се разпространи из тълпата, но всъщност това е гениално устройство, предназначено да имитира мистериозно преживяване.
През Средновековието по-голямата част от „западния“ свят губи уменията и ноу-хауто да прави такива машини. Византия и по-широкият арабски свят продължават традициите на гърците (и вероятно на китайците, благодарение на търговията с Далечния изток)), създават подобни машини и пишат статии, като „Книга за гениални устройства“ в днешен Ирак около 850 г. сл. Хр.
Автоматите, създадени от мюсюлмански инженери и изобретатели, са наистина невероятни, векове по-рано от много известни западни примери. Ислямският Златен век между 780 и 1260 г. сл. н. е. е свидетел на експлозия на научния прогрес, сравнима с всеки период в историята: те са в основата на повечето западни научни традиции.
Автоматите от времето и географските региони включват създадени от човека същества като вятърни статуи, змии, скорпиони и пеещи птици, програмируеми свирачи на флейти, лодки с „четиримични“ роботизирани ленти и по-практични ръце с модерна автоматична пералня с механизъм за пране .
Дотогава Китай може да има двехилядолетна традиция на автомати и произвежда автомати, съставени от ревящи тигри, пеещи птици, летящи птици и дори сложни водни часовници с номера за отчитане на времето.
Има описания на автоматични механични куклени представления, автоматични оркестри и механични дракони, за да назовем само няколко. За съжаление повечето от създадените или записани неща по-късно са били унищожени от завладяната династия Мин в средата на 14-ти век, причинявайки много неща да бъдат забравени от историята.
Въпреки че все още има традиция на автоматите в някои части на Европа, през 13 век има подновен интерес към творения и устройства, предназначени да шокират туристите, и тези продукти и устройства отново се появяват в съдилищата в цяла Европа.
Смята се, че това време е до голяма степен повлияно от гръцките текстове, преведени на латински и италиански, които стимулират интереса към творчеството на древните математици и изобретатели. Известният ренесанс на автоматите настъпва през епохата на Ренесанса и Просвещението.
В миналото автоматизираната технология се захранваше от хидравлика (вода), пневматика (вятър и пара) или гравитация (по тегло), което значително ограничаваше сложността и размера на оборудването. Много малки и сложни автомати изискват появата на нови технологии.
С широкото приемане на по-напреднали инженерни, математически и технологични системи (като часовникарството) и металургичната наука (използвана за направата на пружини), способността за създаване на наистина сложни (и красиви) машини процъфтява.
В продължение на стотици години сме навлезли в това, което смятам за златната ера на автоматите, когато някои от най-известните примери все още съществуват. Има много добри примери и много хора може да си помислят, че концепцията за автомати до голяма степен произлиза от онази епоха.
От началото на 15-ти век до началото на 20-ти век автоматите се развиват успоредно с часовниците и индустриалните машини, неофициално проследявайки напредъка на иновациите и механичните изобретения.
Япония и Китай все още са силни в това отношение и дори след турбулентността на династията все още се откриват прекрасни примери от този период. В Япония практиката на механичните кукли „каракури“ има дълга традиция от средата на 1660-те до началото на 20-ти век.
Производители на инструменти, часовникари, шлосери, изобретатели и дори магьосници са създали някои наистина невероятни автомати, въпреки че те все още са подобни на тези преди стотици до хиляди години, но сега са по-компактни и сложни.
Детайл от астрономическия часовник на катедралата в Страсбург, Франция (Снимката е предоставена от Tangopaso/Wikipedia Commons)
През този период се случва изобретяването на съвременния часовник с кукувица, който може да се е развил от ранните примери на големи градски часовници, където анимирани герои се съдържат в известни машини като астрономическите часовници в Страсбург и Прага. Позлатеният петел в първата версия на най-известния елемент от катедралата в Страсбург, който сега се намира в музея за декоративни изкуства в града, се смята за най-стария автомат в света.
Водени от философското мислене на Рене Декарт и други, се появяват машини в реален размер и по-миниатюрни. Той вярваше, че животните са просто сложни биомеханични машини, които могат да бъдат построени.
Храносмилателна патица, нарисувана от Жак дьо Вокансон (снимка, споделена от Scientific American/Wikipedia)
Това не е напълно нова идея, но води до акцент върху животинските автомати, някои от които са извън обхвата на предишните разсъждения. Интересен пример е храносмилателната патица, която прилича на патица по много начини, но най-уникалното е, че яде гранулирана храна и след това изглежда има движение на червата.
За съвременната публика не е изненадващо, че автоматите всъщност не усвояват храната, но френският инженер Жак дьо Вокансон очевидно използва това, за да преследва примитивния реализъм на природата.
Не бива да се смеем много: де Вокансон беше пионер в много области (включително изобретяването на автоматичния стан и конструкцията на първия изцяло метален струг), той построи това, което се смята за първия биомеханичен автомат, флейта плейър, може да възпроизвежда дванадесет различни песни. Построил е и тамбура. Вдъхновението за тези два автомата идва от курса по анатомия на френски хирург.
Това е и ерата на известните часовникари Pierre Jaquet-Droz и Henri Maillardet, които създават някои от най-впечатляващите хуманоидни автомати, които могат да рисуват картини, да подписват и да пишат прости съобщения.
Средата на деветнадесети век (около 1860 г.) до около 1910 г. се смяташе за „златната ера на автоматите“ (дори имаше книга със същото име), тъй като индустриалната революция доведе до появата на голям брой стандартизирани механични части, и броят на компаниите, произвеждащи автомати, нараства. Лесен за производство. Хиляди автомати и механични пойни птици бяха изнесени по целия свят и те все още бяха популярни сред колекционерите до навечерието на Първата световна война.
Не е изненадващо, че глобалната икономическа дилема и консервативните нагласи, породени от разрушителните трагедии на глобалните войни, промениха приоритетите на цяла Европа (един от центровете за производство на автомати) и създаването на автомати вече не се прилага за по-широка практика. Въпреки че никога не е изчезнало напълно в Европа, Азия или Съединените американски щати, механичното изобретение отстъпи място на артистичната страна на нещата, защото напредъкът в електричеството и производствените технологии направи автоматите относително лесни за производство.
За известно време компаниите се фокусираха или върху създаването на елегантно изкуство с автомати, или върху производството на евтини устройства, подобни на играчки. Сега, в ерата на Интернет, сме свидетели на ренесанс на тези проекти, защото хората отново са изложени на впечатляващите, но интересни аспекти на автоматите - можете да намерите много интересни и евтини примери в Интернет.
Въпреки че може да е малко разочароващо за тези, които харесват художественото майсторство и невероятния инженеринг на автоматите, достъпната цена позволява на хората лесно да навлязат в света на инженерните принципи чрез интересни автомати.
Това ми даде подробно разбиране за това как прости механични принципи се комбинират, за да създадат някои от най-зрелищните изобретения в историята.
За всеки, който днес обръща внимание на автомати от висок клас, е очевидно, че необикновеното инженерство може да се комбинира с впечатляващо артистично майсторство за постигане на прекрасни цели. Но дори и в най-висококачествените примери, принципите на задвижване на автомати са основно същите като тези, използвани от векове, защото повечето от тях се основават на много прости механични принципи за генериране на движение.
Искам да кажа, че 95% от автоматите използват пет основни механични принципа за създаване на движение и само в редки случаи се използват неща, които не отговарят на тези категории. Категориите са както следва: колела, ролки, зъбни колела, гърбици и биели. Ако бях твърдоглав, можех да комбинирам колела, ролки и зъбни колела в по-голяма група. Но действията, които създават, са малко по-различни и могат да се използват за уникални действия, така че нека се придържаме към петте общи категории.
Първият е колелото. В много случаи той просто се движи по ос, за да позволи на обекта да се върти, или създава линейно движение за цялата машина въз основа на автомат, задвижва я като пътнически автомобил или влак, или използва скрити колела, за да създава животни Илюзията на движение.
Колелото може да бъде вътрешното задвижване на друг механизъм или може да бъде само крайният компонент в механична верига. Добър пример за това, че крайният компонент е колело, е часовник с кукувица, който се характеризира с пръстен с символи, който излиза от вътрешността на тялото на часовника, обикновено прикрепен отстрани на обикновено колело.
Ролките са еволюцията на колелата, защото могат да бъдат гладки или назъбени и да се зацепват с вериги или ремъци, за да предадат въртене на отдалечени обекти. В зависимост от настройката, макарата може да предава въртеливо движение под определен ъгъл през гъвкав колан (обикновено се намира на различни по-стари индустриални машини) и може да осигури известна защита от удар за механизма.
Промяната на диаметъра между двете макари може да увеличи или намали скоростта, но по-важното е, че всъщност може да промени размера на приложената сила. Това решава проблема, че входът е твърде слаб, за да премести директно големи компоненти или е твърде мощен и трябва да бъде намален, за да защити механизма.
В по-нататъшно развитие зъбните колела са основно зъбни макари, направени са много прецизно и могат да бъдат директно зацепени с друга зъбна макара.
Най-ранните предавки бяха абсолютно неточни. Едно от зъбните колела имаше две успоредни колела с равномерно разположени пръти, които ги свързваха. Тези колела се зацепват с едно колело, което стърчи от джантата на равномерно разположени пръти. Те могат да бъдат намерени в най-старите автомати в древен Китай или Гърция и са основните компоненти на някои от най-известните големи часовници в света.
Но с напредъка на технологиите и по-нататъшното разбиране на геометрията на зъбните колела се появиха много прецизните зъбни колела, които ще разпознаете днес, които могат да предават много големи сили много точно и, подобно на макарите, могат да се използват за промяна на скоростта, силата или осигуряването точно съотношение на синхронизиращия механизъм (очевидно). Изобретяването на прецизни зъбни колела позволи на много сложни машини, използващи основни лостове, да разгърнат пълния си потенциал.
Гърбицата е друг най-стар механизъм, защото, най-просто казано, това е колело с ексцентричен вал. Това създава нетрадиционно повтарящо се движение, което може да се използва за задвижване на линейно движение. Основният принцип използва колела със специална форма, обикновено във формата на кръгъл лист или спираловиден охлюв, с гърбичен последовател (обикновен пръст или зъб, опрян в периферията), за да преобразува движението към друго колело или мотовилка, като по този начин образува A движение назад и четвърто. Това може да бъде изключително основно или изключително сложно движение, но принципът е същият.
Последният градивен елемент е свързващият прът, който включва гърбица, лост и основно шарнирно рамо. Тези структури са много прости, но те всъщност са основните характеристики, които създават движение в автоматите. Свързващият прът се състои от прът, който се върти около една ос, свързва две оси в двата края или свързва три или повече оси, за да създаде сложен път на движение.
Време на публикуване: 8 декември 2021 г
