הכל על אוטומטיות: קסם מכאני (עם סרטון פעולה)-השמעה חוזרת

אוטומט: התעלומות הקסומות של העולם העתיק, הפלאים המכניים של ימי הביניים, הפלאים המודרניים של אומנים אמן. טוב, די לאליטרציה.
אוטומט, אוטומט, רובוט, מכונה אוטומטית: כל המילים הללו מתארות סוג של מכונות הנחשבות להפעלה עצמית יחסית ויכולות לבצע פונקציות או פעולות מתוכנתות מראש עקב סדרה של הוראות מכניות שנקבעו מראש.
הערה צדדית עבור חנוני דקדוק: אוטומטים ואוטומטים הן שתיהן גרסאות ריבוי חוקיות של אוטומטים; עם זאת, "מכונה אוטומטית" היא סוג של קפיטריה שנראית כמו מכונה אוטומטית עם אוכל בתא, היא תיפתח כאשר מטבע יוכנס.
לאוטומטים יכולים להיות צורות וגדלים שונים, והם יכולים לעשות כמעט כל דבר שאנשים יכולים לדמיין ולעצב למערכת מכנית.
האוטומטים שאני רוצה להתמקד בהם הם כמה גרסאות מורכבות שאולי אתם מכירים, כמו שעוני קוקיה (ציפורים שיוצאות מהדלת כדי לומר את השעה) או צעצועי שולחן עבודה פשוטים של בעלי חיים (כגון סוסים, ציפורים או דגים) ) וסצינות מעניינות.
אוטומטים היסטוריים כוללים תיבות נגינה עם פסלונים, ציפורים מצייצות ודמויות אנושיות מורכבות ומדהימות ביותר מאת פייר ז'אק-דרוז המצייר תמונות, כותב ביטויים או מנגן בכלי נגינה.
אציג דוגמאות נוספות בהמשך, אך תחילה הבה נבין את ההיסטוריה של האוטומטים מההתחלה.
מהנדסים ואומנים חכמים בונים אוטומטים במשך זמן רב, וכמה תיעודים הופיעו כבר בערך בשנת 1000 לפני הספירה, כלומר לפני יותר מ-3000 שנה.
למרבה הצער, דוגמאות מתרבויות עתיקות כמו סין, יוון ורומא נשכחו מההיסטוריה או שיכולות לשרוד רק באמצעות טקסט, רישומים וציורים. אנשים עשויים לכלול את מנגנון Antikythera העתיק בסביבות 100 לפני הספירה בדיון, אבל מכיוון שזו אולי לא מכונה אוטומטית, אלא ספירה ומחשבון מסובכים, לא אכלול אותו כאן.
החפצים המוקדמים ביותר נוצרים בדרך כלל כמכונות דתיות כדי להראות את כוחם של מנהיגים או לעורר חוויות רוחניות בעת ביקור במקומות קדושים כמו מקדשים. עם זאת, אפילו במאה הראשונה לספירה, גיבורו של אלכסנדר, הידוע בתרומתו למדע, מתמטיקה והנדסה, יצר משחק במה מכני באמצעות חבלים, קשרים, גלגלי שיניים ומכונות פשוטות אחרות כדי להשלים אותו, שנמשך לכאורה 10 דקות .
תוך שימוש במומחיות שלו בהידראוליקה, פנאומטיקה ומכניקה, הירו המציא מכונות שיכולות לבצע משימות בנוסף לבידור, כמו עגלות ניתנות לתכנות בנהיגה עצמית, מכונות אוטומטיות, איברי רוח ומכונות מלחמה שונות.
זוהי בדרך כלל ההיסטוריה המקבילה של האוטומטים: הצד המעניין משולב עם המצאה והנדסה כדי לעורר השראה ולהראות התקדמות מכנית בדרכים מעניינות ולפעמים קסומות.
בהתאם לזמן ולמקום בהיסטוריה, אזרחים בעלי אמונות טפלות עלולים לראות אוטומטים בחשדנות, מכיוון שלאנשים רבים אין ניסיון ממקור ראשון עם מכשירים כאלה. המשמעות היא שסיפורו של פסל או נס מופלא יתפשט בקהל, אך למעשה מדובר במכשיר גאוני שנועד לחקות חוויה מסתורית.
בימי הביניים, רוב העולם "המערבי" איבד את הכישורים והידע לייצר מכונות כאלה. ביזנטיון והעולם הערבי הרחב המשיכו את המסורות של היוונים (ואולי הסינים, הודות למסחר עם המזרח הרחוק)), יצרו מכונות דומות וכותבו מאמרים, כמו "ספר על מכשירים גאוניים" בעיראק של ימינו בסביבות שנת 850 לספירה.
האוטומטים שנוצרו על ידי מהנדסים וממציאים מוסלמים הם באמת מדהימים, מאות שנים מוקדם יותר מהרבה דוגמאות מערביות מפורסמות. תור הזהב האסלאמי בין 780 ל-1260 לספירה היה עד להתפוצצות של התקדמות מדעית הדומה לכל תקופה בהיסטוריה: הם היו הבסיס של רוב המסורות המדעיות המערביות.
אוטומטים מזמן ואזורים גיאוגרפיים כוללים יצורים מעשה ידי אדם כגון פסלי רוח, נחשים, עקרבים וציפורים מזמרות, נגני חליל ניתנים לתכנות, סירות עם להקות רובוטיות "ארבעה אנשים", וידיים פרקטיות יותר - עם מכונת כביסה מודרנית אוטומטית עם מנגנון כביסה .
עד אז אולי יש לסין מסורת של אלפיים שנה של אוטומטים, והיא מייצרת אוטומטים המורכבים מנמרים שואגים, ציפורים מזמרות, ציפורים מעופפות ואפילו שעוני מים מורכבים עם מספרי זמן.
יש תיאורים של מופעי בובות מכאניים אוטומטיים, תזמורות אוטומטיות ודרקונים מכניים, אם להזכיר כמה. למרבה הצער, רוב הדברים שנוצרו או מתועדים הושמדו מאוחר יותר על ידי שושלת מינג שנכבשה באמצע המאה ה-14, מה שגרם לדברים רבים להישכח מההיסטוריה.
למרות שעדיין קיימת מסורת של אוטומטים בחלקים מסוימים של אירופה, במאה ה-13 היה עניין מחודש ביצירות ובמכשירים שנועדו לזעזע תיירים, ומוצרים ומכשירים אלה הופיעו שוב בבתי משפט ברחבי אירופה.
משערים שהזמן הזה מושפע במידה רבה מהטקסטים היווניים שתורגמו ללטינית ואיטלקית, שעוררו עניין ביצירתם של מתמטיקאים וממציאים עתיקים. הרנסנס האוטומטי המפורסם התרחש בתקופת הרנסנס והנאורות.
בעבר, טכנולוגיית האוטומט הונעה על ידי הידראוליקה (מים), פנאומטיקה (רוח וקיטור) או כוח משיכה (במשקל), מה שהגביל מאוד את מורכבות וגודל הציוד. אוטומטים קטנים ומורכבים מאוד דורשים הופעת טכנולוגיות חדשות.
עם האימוץ הנרחב של מערכות הנדסיות, מתמטיות וטכנולוגיות מתקדמות יותר (כגון ייצור שעונים) ומדע מתכות (המשמשים לייצור קפיצים), היכולת ליצור מכונות מורכבות (ויפות) באמת שגשגה.
במשך מאות שנים, נכנסנו למה שאני מחשיב כתור הזהב של האוטומטים, כאשר כמה מהדוגמאות המפורסמות ביותר עדיין קיימות. יש הרבה דוגמאות טובות, ואנשים רבים עשויים לחשוב שהמושג אוטומט נגזר במידה רבה מאותו עידן.
מתחילת המאה ה-15 ועד תחילת המאה ה-20, אוטומטים התפתחו במקביל לשעונים, שעונים ומכונות תעשייתיות, תוך מעקב לא פורמלי אחר התקדמות החדשנות וההמצאה המכנית.
יפן וסין עדיין חזקות בהקשר זה, וגם לאחר סערת השושלת, עדיין מתגלות דוגמאות נפלאות לתקופה זו. ביפן, לתרגול של בובות "קראקורי" מכניות יש מסורת ארוכה מאמצע שנות ה-60 ועד תחילת המאה ה-20.
יצרני כלים, שענים, מסגרים, ממציאים ואפילו קוסמים יצרו כמה אוטומטים מדהימים באמת, למרות שהם עדיין דומים לאלה שלפני מאות עד אלפי שנים, אבל עכשיו יותר קומפקטי ומורכב.
פירוט השעון האסטרונומי של קתדרלת שטרסבורג, צרפת (תמונה באדיבות Tangopaso/Wikipedia Commons)
המצאת שעון הקוקיה המודרני התרחשה בתקופה זו, שאולי התפתחה מהדוגמאות המוקדמות של שעוני ערים גדולות, שבהן דמויות מונפשות נמצאות במכונות מפורסמות כמו השעונים האסטרונומיים בשטרסבורג ובפראג. התרנגול המוזהב בגרסה הראשונה של אלמנט הקתדרלה המפורסם ביותר בשטרסבורג, שנמצא כעת במוזיאון לאמנויות דקורטיביות של העיר, נחשב לאוטומט העתיק בעולם.
מונעים על ידי החשיבה הפילוסופית של רנה דקארט ואחרים, הופיעו מכונות בגודל טבעי ועוד מיניאטוריות. הוא האמין שבעלי חיים הם רק מכונות ביומכניות מורכבות שניתן לבנות.
ברווז עיכול שצויר על ידי ז'אק דה ווקנסון (תמונה משותפת על ידי Scientific American/Wikipedia)
זה לא רעיון חדש לגמרי, אבל הוא מוביל לדגש על אוטומטים של בעלי חיים, שחלקם חורגים מהשיקולים הקודמים. דוגמה מעניינת היא ברווז העיכול, שדומה לברווז במובנים רבים, אבל הייחודי ביותר הוא שהוא אוכל מזון גרגירי ואז נראה שיש לו פעולת מעיים.
עבור קהלים מודרניים, אין זה מפתיע שהאוטומט אינו מעכל מזון למעשה, אך המהנדס הצרפתי ז'אק דה ווקנסון השתמש בבירור בכך כדי להמשיך בריאליזם הפרימיטיבי של הטבע.
אל לנו לצחוק יותר מדי: דה ווקנסון היה חלוץ בתחומים רבים (כולל המצאת הנול האוטומטי ובניית מחרטת המתכת הראשונה), הוא בנה את מה שמאמינים שהוא האוטומט הביומכני הראשון, חליל. שחקן, זה יכול לנגן שנים עשר שירים שונים. הוא גם בנה נגן טמבורין. ההשראה לשני האוטומטים הללו הגיעה מהקורס האנטומיה של מנתח צרפתי.
זה היה גם העידן של השענים המפורסמים פייר ז'אק-דרוז והנרי מיילרדט, שיצרו כמה מהאוטומטים האנושיים המרשימים ביותר שיכלו לצייר תמונות, לחתום ולכתוב הודעות פשוטות.
אמצע המאה התשע עשרה (בערך 1860) עד 1910 לערך נחשבה ל"תור הזהב של האוטומטים" (היה אפילו ספר באותו שם), מכיוון שהמהפכה התעשייתית גרמה למספר רב של חלקים מכניים מתוקננים להופיע, ומספר החברות המייצרות אוטומטיות גדל. קל לייצור. אלפי אוטומטים וציפורי שיר מכניות יוצאו לכל העולם, והן עדיין היו פופולריות בקרב אספנים עד ערב מלחמת העולם הראשונה.
באופן לא מפתיע, הדילמה הכלכלית העולמית והעמדות השמרניות שהביאו הטרגדיות ההרסניות של מלחמות גלובליות שינו את סדרי העדיפויות של אירופה כולה (אחד ממרכזי ייצור האוטומטים), ויצירת האוטומטים אינה חלה עוד על פרקטיקה רחבה יותר. למרות שהיא מעולם לא נעלמה לחלוטין באירופה, באסיה או בארצות הברית של אמריקה, ההמצאה המכנית פינתה את מקומה לצד האמנותי של הדברים, משום שהתקדמות בחשמל ובטכנולוגיית הייצור הפכה את האוטומטים לקלים יחסית לייצור.
במשך זמן מה, חברות התמקדו ביצירת אמנות אלגנטית עם אוטומטים, או בייצור מכשירים זולים דמויי צעצוע. עכשיו בעידן האינטרנט, ראינו את התחדשות של הפרויקטים הללו מכיוון שאנשים נחשפים מחדש להיבטים המרשימים אך המעניינים של האוטומטים - ניתן למצוא הרבה דוגמאות מעניינות וזולות באינטרנט.
למרות שזה עשוי להיות קצת מתסכל עבור אלה שאוהבים את האומנות האמנותית וההנדסה המדהימה של אוטומטים, המחיר המשתלם מאפשר לאנשים להיכנס בקלות לעולם העקרונות ההנדסיים באמצעות אוטומטים מעניינים.
זה נתן לי הבנה מפורטת של איך עקרונות מכניים פשוטים השתלבו כדי ליצור כמה מההמצאות המרהיבות בהיסטוריה.
לכל מי ששם לב לאוטומטים מתקדמים כיום, ברור שניתן לשלב הנדסה יוצאת דופן עם אומנות אומנותית מרשימה להשגת מטרות נפלאות. אבל אפילו בדוגמאות האיכותיות ביותר, העקרונות של נהיגה אוטומטית זהים בעצם לאלה ששימשו במשך מאות שנים, מכיוון שרובם מבוססים על עקרונות מכניים פשוטים מאוד ליצירת תנועה.
אני רוצה לומר ש-95% מהאוטומטים משתמשים בחמישה עקרונות מכניים בסיסיים כדי ליצור תנועה, ורק במקרים נדירים משתמשים בדברים שאינם מתאימים לקטגוריות הללו. הקטגוריות הן כדלקמן: גלגלים, גלגלות, גלגלי שיניים, מצלמות ומוטות חיבור. אם הייתי דבק, יכולתי לשלב גלגלים, גלגלות וגלגלי שיניים לקבוצה גדולה יותר. אבל הפעולות שהם יוצרים שונות במקצת ויכולות לשמש לפעולות ייחודיות, אז בואו ניצמד לחמש הקטגוריות הכלליות.
הראשון הוא הגלגל. במקרים רבים, הוא פשוט נוסע על ציר כדי לאפשר לאובייקט להסתובב, או יוצר תנועה ליניארית לכל המכונה המבוססת על אוטומט, מניע אותה כמו קרון נוסעים או רכבת, או משתמש בגלגלים נסתרים כדי ליצור חיות האשליה של תנועה.
הגלגל יכול להיות ההנעה הפנימית של מנגנון אחר, או שהוא יכול להיות רק המרכיב הסופי בשרשרת מכנית. דוגמה טובה לכך שרכיב הקצה הוא גלגל הוא שעון קוקיה, המתאפיין בטבעת אופי הבוקעת מחלקו הפנימי של גוף השעון, המחוברת בדרך כלל לצידו של גלגל פשוט.
גלגלות הן האבולוציה של גלגלים מכיוון שהן יכולות להיות חלקות או עם שיניים ולהתערב עם שרשראות או חגורות כדי להעביר סיבוב לאובייקטים מרוחקים. בהתאם להגדרה, הגלגלת יכולה להעביר תנועה סיבובית בזווית מסוימת דרך חגורה גמישה (נמצאת בדרך כלל במכונות תעשייתיות ישנות שונות) ויכולה לספק הגנה מסוימת מפני פגיעות למנגנון.
שינוי הקוטר בין שתי הגלגלות יכול להגדיל או להקטין את המהירות, אך חשוב מכך, הוא יכול למעשה לשנות את כמות הכוח המופעל. זה פותר את הבעיה שהקלט חלש מכדי להזיז ישירות רכיבים גדולים או חזק מדי ויש להפחיתו כדי להגן על המנגנון.
בפיתוח נוסף, גלגלי השיניים הם בעצם גלגלות שיניים, הם עשויים בצורה מדויקת מאוד וניתן להתחבר ישירות עם גלגלת שיניים אחרת.
ההילוכים המוקדמים ביותר היו לא מדויקים לחלוטין. לאחד גלגלי השיניים היו שני גלגלים מקבילים עם מוטות מרווחים שחיברו ביניהם. גלגלים אלו התחברו לגלגל בודד שבלט מהחישוק במוטות מרווחים באופן שווה. ניתן למצוא את אלה באוטומטים העתיקים ביותר בסין או ביוון העתיקה, והם המרכיבים העיקריים של כמה מהשעונים הגדולים המפורסמים ביותר בעולם.
אבל עם התקדמות הטכנולוגיה וההבנה הנוספת של גיאומטריית הילוכים, נוצרו גלגלי השיניים המדויקים מאוד שתזהו היום, שיכולים להעביר כוחות גדולים מאוד בצורה מדויקת מאוד, וכמו גלגלות, ניתן להשתמש בהם כדי לשנות מהירות, כוח או לספק יחס מנגנון תזמון מדויק (כמובן). המצאת גלגלי שיניים מדויקים אפשרה למכונות מורכבות מאוד באמצעות מנופים בסיסיים למצות את מלוא הפוטנציאל שלה.
הפקה היא מנגנון עתיק נוסף מכיוון שבמונחים הפשוטים ביותר, זהו גלגל עם מוט אקסצנטרי. זה מייצר תנועה חוזרת לא שגרתית, שבה ניתן להשתמש כדי להניע תנועה ליניארית. העיקרון הבסיסי משתמש בגלגלים בעלי צורה מיוחדת, בדרך כלל בצורת עלה עגול או חילזון ספירלי, עם עוקב פקה (אצבע או שן פשוטה הנשענת על הפריפריה) כדי להמיר את התנועה לגלגל אחר או מוט מחבר, ובכך ליצור A תנועה אחורה ורביעית. זו יכולה להיות תנועה בסיסית ביותר או מורכבת ביותר, אבל העיקרון זהה.
אבן הבניין האחרונה היא המוט המחבר, הכולל את עוקב הפיקה, המנוף וזרוע הציר הבסיסית. המבנים האלה מאוד פשוטים, אבל הם למעשה התכונות העיקריות שיוצרות תנועה באוטומטים. המוט המחבר מורכב ממוט המסתובב סביב ציר בודד, מחבר שני צירים בשני הקצוות, או מחבר שלושה צירים או יותר ליצירת נתיב תנועה מורכב.