Automi: I misteri magici del mondo antico, le meraviglie meccaniche del Medioevo, le meraviglie moderne dei maestri artigiani. Bene, basta allitterazioni.
Automi, automi, robot, macchine automatiche: tutte queste parole descrivono una classe di macchine che sono considerate relativamente autonome e possono eseguire funzioni o operazioni preprogrammate grazie a una serie di istruzioni meccaniche predeterminate.
Nota a margine per i nerd della grammatica: gli automi e gli automi sono entrambe versioni plurali legali degli automi; tuttavia, un “distributore automatico” è una sorta di caffetteria che assomiglia a un distributore automatico di cibo in un cubicolo e si apre quando viene inserita una moneta.
Gli automi possono avere varie forme e dimensioni e possono fare quasi tutto ciò che le persone possono immaginare e progettare in un sistema meccanico.
Gli automi su cui voglio concentrarmi sono alcune versioni complesse con cui potresti avere familiarità, come gli orologi a cucù (uccelli che escono dalla porta per leggere l'ora) o semplici giocattoli da tavolo con animali azionati a manovella (come cavalli, uccelli o pesci). ) e scene interessanti.
Gli automi storici includono carillon con figurine, uccelli cinguettanti e figure umane altamente complesse e straordinarie di Pierre Jaquet-Droz che disegna immagini, scrive frasi o suona la creazione di strumenti musicali.
Introdurrò altri esempi in seguito, ma prima cerchiamo di comprendere la storia degli automi dall'inizio.
Ingegneri e artigiani intelligenti costruiscono automi da molto tempo e alcuni documenti sono apparsi già intorno al 1000 a.C., ovvero più di 3000 anni fa.
Purtroppo, esempi di culture antiche come Cina, Grecia e Roma sono stati dimenticati dalla storia o possono sopravvivere solo attraverso testi, disegni e dipinti. Si potrebbe includere nella discussione l'antico meccanismo di Anticitera risalente al 100 a.C. circa, ma poiché potrebbe non trattarsi di una macchina automatica, ma di un complicato conteggio e calcolatore, non lo includerò qui.
I primi oggetti vengono solitamente creati come macchine religiose per mostrare il potere dei leader o per evocare esperienze spirituali quando si visitano luoghi sacri come i templi. Tuttavia, anche nel I secolo d.C., l'eroe di Alessandro, noto per i suoi contributi alla scienza, alla matematica e all'ingegneria, creò uno spettacolo teatrale meccanico utilizzando corde, nodi, ingranaggi e altre semplici macchine per completarlo e presumibilmente durò 10 minuti. .
Utilizzando la sua esperienza in idraulica, pneumatica e meccanica, Hero ha inventato macchine in grado di svolgere compiti oltre all'intrattenimento, come carrelli a guida autonoma programmabili, distributori automatici, organi eolici e varie macchine da guerra.
Questa è solitamente la storia parallela degli automi: il lato interessante si combina con l'invenzione e l'ingegneria per ispirare e mostrare il progresso meccanico in modi interessanti e talvolta magici.
A seconda del momento e del luogo della storia, i civili superstiziosi possono vedere gli automi con sospetto, perché molte persone non hanno un’esperienza diretta con tali dispositivi. Ciò significa che la storia di una statua miracolosa o di un miracolo si diffonderà tra la folla, ma in realtà si tratta di un ingegnoso dispositivo progettato per imitare un'esperienza misteriosa.
Nel Medioevo, gran parte del mondo “occidentale” perse le competenze e il know-how per realizzare tali macchine. Bisanzio e il più ampio mondo arabo continuarono le tradizioni dei Greci (e forse dei Cinesi, grazie al commercio con l'Estremo Oriente), crearono macchine simili e scrissero documenti, come "Un libro sui dispositivi ingegnosi" nell'attuale Iraq intorno a 850 d.C.
Gli automi creati da ingegneri e inventori musulmani sono davvero incredibili, secoli prima di molti famosi esempi occidentali. L'età dell'oro islamica, tra il 780 e il 1260 d.C., vide un'esplosione di progresso scientifico paragonabile a qualsiasi altro periodo storico: furono il fondamento della maggior parte delle tradizioni scientifiche occidentali.
Gli automi del tempo e delle regioni geografiche includono creature create dall'uomo come statue del vento, serpenti, scorpioni e uccelli canterini, suonatori di flauto programmabili, barche con gruppi robotici "da quattro persone" e mani più pratiche con la moderna lavatrice automatica con meccanismo di lavaggio .
A quel punto, la Cina potrebbe avere una tradizione di automi di duemila anni e sta producendo automi composti da tigri ruggenti, uccelli che cantano, uccelli in volo e persino complessi orologi ad acqua con numeri che segnano il tempo.
Ci sono descrizioni di spettacoli di marionette meccaniche automatiche, orchestre automatiche e draghi meccanici, solo per citarne alcuni. Purtroppo, la maggior parte delle cose create o registrate furono successivamente distrutte dalla dinastia Ming conquistata a metà del XIV secolo, facendo sì che molte cose venissero dimenticate dalla storia.
Sebbene esista ancora una tradizione di automi in alcune parti d'Europa, nel XIII secolo ci fu un rinnovato interesse per creazioni e dispositivi progettati per scioccare i turisti, e questi prodotti e dispositivi apparvero ancora una volta nei tribunali di tutta Europa.
Si ritiene che questa volta sia stata largamente influenzata dai testi greci tradotti in latino e italiano, che stimolarono l'interesse per la creazione di antichi matematici e inventori. Il famoso rinascimento degli automi avvenne durante il Rinascimento e l'Illuminismo.
In passato, la tecnologia degli automi era alimentata dall’idraulica (acqua), dalla pneumatica (vento e vapore) o dalla gravità (in peso), che limitavano notevolmente la complessità e le dimensioni delle apparecchiature. Automi molto piccoli e complessi richiedono l’emergere di nuove tecnologie.
Con l’adozione diffusa di sistemi ingegneristici, matematici e tecnologici più avanzati (come l’orologeria) e di scienze metallurgiche (utilizzate per produrre molle), è fiorita la capacità di creare macchine veramente complesse (e belle).
Da centinaia di anni siamo entrati in quella che considero l’età dell’oro degli automi, quando esistono ancora alcuni degli esempi più famosi. Ci sono molti buoni esempi e molte persone potrebbero pensare che il concetto di automa derivi in gran parte da quell’epoca.
Dall'inizio del XV secolo all'inizio del XX secolo, gli automi si svilupparono parallelamente agli orologi e ai macchinari industriali, monitorando in modo informale il progresso dell'innovazione e dell'invenzione meccanica.
Il Giappone e la Cina sono ancora forti in questo senso e, anche dopo le turbolenze della dinastia, si continuano a scoprire meravigliosi esempi di questo periodo. In Giappone, la pratica delle marionette meccaniche “karakuri” ha una lunga tradizione che va dalla metà degli anni Sessanta del Seicento all’inizio del XX secolo.
Produttori di utensili, orologiai, fabbri, inventori e persino maghi hanno creato degli automi davvero sorprendenti, sebbene siano ancora simili a quelli di centinaia o migliaia di anni fa, ma ora più compatti e complessi.
Particolare dell'Orologio Astronomico della Cattedrale di Strasburgo, Francia (Foto per gentile concessione di Tangopaso/Wikipedia Commons)
In questo periodo avvenne l'invenzione del moderno orologio a cucù, che potrebbe essersi evoluto dai primi esempi di grandi orologi cittadini, dove personaggi animati sono contenuti in macchine famose come gli orologi astronomici di Strasburgo e Praga. Il gallo dorato della prima versione dell'elemento della cattedrale più famoso di Strasburgo, ora conservato nel museo delle arti decorative della città, è considerato l'automa più antico del mondo.
Spinti dal pensiero filosofico di René Descartes e altri, sono apparse macchine a grandezza naturale e in miniatura. Credeva che gli animali fossero solo complesse macchine biomeccaniche che possono essere costruite.
Anatra digestiva disegnata da Jacques de Vaucanson (foto condivisa da Scientific American/Wikipedia)
Questa non è un’idea completamente nuova, ma porta a porre l’accento sugli automi animali, alcuni dei quali esulano dall’ambito delle considerazioni precedenti. Un esempio interessante è l'anatra digestiva, che assomiglia ad un'anatra in molti modi, ma il più singolare è che mangia cibo granulare e poi sembra avere un movimento intestinale.
Per il pubblico moderno, non sorprende che gli automi non digeriscano effettivamente il cibo, ma l’ingegnere francese Jacques de Vaucanson lo ha chiaramente utilizzato per perseguire il realismo primitivo della natura.
Non bisogna ridere troppo: de Vaucanson fu un pioniere in molti campi (tra cui l'invenzione del telaio automatico e la costruzione del primo tornio interamente in metallo), costruì quello che si ritiene essere il primo automa biomeccanico, un flauto lettore, può riprodurre dodici brani diversi. Ha anche costruito un suonatore di tamburello. L'ispirazione per questi due automi è venuta dal corso di anatomia di un chirurgo francese.
Questa fu anche l'era dei famosi orologiai Pierre Jaquet-Droz e Henri Maillardet, che crearono alcuni dei più impressionanti automi umanoidi in grado di disegnare immagini, firmare e scrivere semplici messaggi.
Il periodo compreso tra la metà del XIX secolo (1860 circa) e il 1910 circa fu considerato “l’età dell’oro degli automi” (esisteva addirittura un libro con lo stesso nome), perché la rivoluzione industriale fece emergere un gran numero di parti meccaniche standardizzate, e il numero delle aziende produttrici di automi proliferava. Facile da produrre. Migliaia di automi e uccelli canori meccanici furono esportati in tutto il mondo e rimasero apprezzati dai collezionisti fino alla vigilia della prima guerra mondiale.
Non sorprende che il dilemma economico globale e gli atteggiamenti conservatori portati dalle tragedie distruttive delle guerre globali abbiano cambiato le priorità dell’intera Europa (uno dei centri di produzione degli automi), e la creazione di automi non si applica più a una pratica più ampia. Sebbene non sia mai scomparsa del tutto in Europa, Asia o Stati Uniti d’America, l’invenzione meccanica ha lasciato il posto al lato artistico delle cose, perché i progressi nell’elettricità e nella tecnologia manifatturiera hanno reso gli automi relativamente facili da produrre.
Per un po’, le aziende si sono concentrate sulla creazione di opere d’arte eleganti con gli automi o sulla realizzazione di dispositivi economici simili a giocattoli. Ora, nell'era di Internet, abbiamo assistito a una rinascita di questi progetti perché le persone vengono riesposte agli aspetti impressionanti ma interessanti degli automi: su Internet puoi trovare molti esempi interessanti ed economici.
Anche se può essere un po' frustrante per coloro che amano l'artigianato artistico e l'incredibile ingegneria degli automi, il prezzo accessibile consente alle persone di entrare facilmente nel mondo dei principi dell'ingegneria attraverso automi interessanti.
Questo mi ha permesso di comprendere nel dettaglio come semplici principi meccanici si combinassero per creare alcune delle invenzioni più spettacolari della storia.
Per chiunque oggi presti attenzione agli automi di fascia alta, è ovvio che un'ingegneria straordinaria può essere combinata con un artigianato artistico impressionante per raggiungere obiettivi meravigliosi. Ma anche negli esempi di altissima qualità, i principi di guida degli automi sono fondamentalmente gli stessi usati per secoli, perché la maggior parte di essi si basa su principi meccanici molto semplici per generare il movimento.
Voglio dire che il 95% degli automi utilizza cinque principi meccanici di base per creare movimento, e solo in rari casi vengono utilizzati oggetti che non rientrano in queste categorie. Le categorie sono le seguenti: ruote, pulegge, ingranaggi, camme e bielle. Se fossi un pignolo, potrei combinare ruote, pulegge e ingranaggi in un gruppo più grande. Ma le azioni che creano sono leggermente diverse e possono essere utilizzate per azioni uniche, quindi atteniamoci alle cinque categorie generali.
Il primo è la ruota. In molti casi, si muove semplicemente su un asse per consentire all'oggetto di ruotare, oppure crea un movimento lineare per l'intera macchina basata su un automa, la guida come un'autovettura o un treno, oppure utilizza ruote nascoste per creare animali. di movimento.
La ruota può essere l'azionamento interno di un altro meccanismo, oppure può essere solo il componente finale di una catena meccanica. Un buon esempio del componente finale che è una ruota è un orologio a cucù, caratterizzato da un anello caratteristico che emerge dall'interno del corpo dell'orologio, solitamente attaccato al lato di una semplice ruota.
Le pulegge sono l'evoluzione delle ruote perché possono essere lisce o dentate e ingranano con catene o cinghie per trasmettere la rotazione ad oggetti distanti. A seconda dell'impostazione, la puleggia può trasmettere il movimento rotatorio ad un certo angolo attraverso una cinghia flessibile (di solito presente su varie macchine industriali più vecchie) e può fornire una certa protezione dagli urti per il meccanismo.
La variazione del diametro tra le due pulegge può aumentare o diminuire la velocità ma, cosa ancora più importante, può effettivamente modificare la quantità di forza applicata. Ciò risolve il problema che l'input è troppo debole per spostare direttamente componenti di grandi dimensioni o è troppo potente e deve essere ridotto per proteggere il meccanismo.
In un ulteriore sviluppo, gli ingranaggi sono fondamentalmente pulegge dentate, sono realizzate in modo molto accurato e possono essere ingranate direttamente con un'altra puleggia dentata.
I primi ingranaggi erano assolutamente imprecisi. Uno degli ingranaggi aveva due ruote parallele collegate da aste equidistanti. Queste ruote si ingranavano con una singola ruota che sporgeva dal cerchio in corrispondenza di aste equidistanti. Questi si trovano nei più antichi automi dell'antica Cina o della Grecia e sono i componenti principali di alcuni dei grandi orologi più famosi al mondo.
Ma con il progresso della tecnologia e l'ulteriore comprensione della geometria degli ingranaggi, sono nati gli ingranaggi molto precisi che riconoscerete oggi, che possono trasmettere forze molto grandi in modo molto accurato e, come le pulegge, possono essere utilizzati per cambiare velocità, forza o fornire un preciso rapporto di distribuzione (ovviamente). L'invenzione degli ingranaggi di precisione ha permesso a macchinari molto complessi che utilizzavano leve semplici di raggiungere il loro pieno potenziale.
La camma è un altro meccanismo più antico perché, in parole povere, è una ruota con un albero eccentrico. Ciò produce un movimento ripetitivo non convenzionale, che può essere utilizzato per guidare il movimento lineare. Il principio di base utilizza ruote di forma speciale, solitamente a forma di foglia circolare o di chiocciola a spirale, con un seguicamma (un semplice dito o dente appoggiato sulla periferia) per convertire il movimento ad un'altra ruota o biella, formando così A movimento all'indietro e quarto. Questo può essere un movimento estremamente semplice o estremamente complesso, ma il principio è lo stesso.
L'ultimo elemento costitutivo è la biella, che comprende il seguicamma, la leva e il braccio girevole di base. Queste strutture sono molto semplici, ma in realtà sono le caratteristiche principali che creano il movimento negli automi. La biella è composta da un'asta che ruota attorno a un singolo asse, collega due assi ad entrambe le estremità o collega tre o più assi per creare un percorso di movimento complesso.
Orario di pubblicazione: 08-dic-2021
