Automaty: magiczne tajemnice starożytnego świata, mechaniczne cuda średniowiecza, współczesne cuda mistrzów rzemiosła. No cóż, dość aliteracji.
Automaty, automaty, roboty, automaty: wszystkie te słowa opisują klasę maszyn, które są uważane za stosunkowo samoobsługowe i mogą wykonywać zaprogramowane funkcje lub operacje dzięki szeregowi z góry określonych instrukcji mechanicznych.
Uwaga dodatkowa dla maniaków gramatyki: Automaty i automaty są legalnymi wersjami automatów w liczbie mnogiej; jednakże „automat” to rodzaj kafeterii, która wygląda jak automat z jedzeniem w boksie. Otwiera się po wrzuceniu monety.
Automaty mogą mieć różne kształty i rozmiary i mogą zrobić prawie wszystko, co ludzie mogą sobie wyobrazić i zaprojektować w systemie mechanicznym.
Automaty, na których chcę się skupić, to złożone wersje, które być może znasz, takie jak zegary z kukułką (ptaki wyskakujące z drzwi, aby wskazać godzinę) lub proste, ręcznie robione zabawki na biurko w kształcie zwierząt (takie jak konie, ptaki lub ryby ) i ciekawe Sceny.
Historyczne automaty obejmują pozytywki z figurkami, ćwierkającymi ptakami oraz bardzo złożonymi i niesamowitymi postaciami ludzkimi autorstwa Pierre'a Jaqueta-Droza rysującego obrazy, piszącego frazy lub tworzącego grę na instrumentach muzycznych.
Więcej przykładów przedstawię później, ale najpierw poznajmy historię automatów od początku.
Sprytni inżynierowie i rzemieślnicy od dawna budują automaty, a niektóre zapisy pojawiły się już około 1000 roku p.n.e., czyli ponad 3000 lat temu.
Niestety, przykłady ze starożytnych kultur, takich jak Chiny, Grecja i Rzym, albo zostały zapomniane przez historię, albo mogą przetrwać jedynie dzięki tekstom, rysunkom i obrazom. Ludzie mogą włączać do dyskusji starożytny mechanizm z Antykithiry około 100 roku p.n.e., ale ponieważ może to nie być automat, ale skomplikowany kalkulator i liczący, nie będę go tutaj włączał.
Najwcześniejsze przedmioty powstają zwykle jako maszyny religijne, aby pokazać siłę przywódców lub wywołać duchowe przeżycia podczas odwiedzania świętych miejsc, takich jak świątynie. Jednak już w I wieku naszej ery bohater Aleksandra, znany ze swojego wkładu w naukę, matematykę i inżynierię, stworzył mechaniczną sztukę sceniczną, wykorzystując do jej wykonania liny, węzły, przekładnie i inne proste maszyny, która rzekomo trwała 10 minut .
Wykorzystując swoją wiedzę z zakresu hydrauliki, pneumatyki i mechaniki, Hero wynalazł maszyny, które mogą wykonywać zadania oprócz rozrywki, takie jak programowalne wózki samojezdne, automaty sprzedające, organy wiatrowe i różne machiny wojenne.
Zwykle jest to równoległa historia automatów: interesująca strona łączy się z inwencją i inżynierią, aby inspirować i pokazywać postęp mechaniczny w ciekawy, a czasem magiczny sposób.
W zależności od czasu i miejsca w historii przesądni cywile mogą podchodzić do automatów z podejrzliwością, ponieważ wiele osób nie ma bezpośredniego doświadczenia z tego typu urządzeniami. Oznacza to, że historia cudownego posągu lub cudu rozniesie się po tłumie, ale tak naprawdę jest to pomysłowe urządzenie mające na celu imitację tajemniczego doświadczenia.
W średniowieczu większość „zachodniego” świata straciła umiejętności i wiedzę niezbędną do budowy takich maszyn. Bizancjum i szerszy świat arabski kontynuowały tradycje Greków (i być może Chińczyków, dzięki handlowi z Dalekim Wschodem)), tworzyły podobne maszyny i pisały prace, takie jak „Księga o pomysłowych urządzeniach” na terenie dzisiejszego Iraku około 850 r. n.e.
Automaty stworzone przez muzułmańskich inżynierów i wynalazców są naprawdę niesamowite, setki lat wcześniej niż wiele słynnych zachodnich przykładów. Złoty wiek islamu pomiędzy 780 a 1260 rokiem był świadkiem eksplozji postępu naukowego porównywalnej z jakimkolwiek okresem w historii: stanowił on podstawę większości zachodnich tradycji naukowych.
Do automatów z czasów i regionów geograficznych zaliczają się stworzenia stworzone przez człowieka, takie jak posągi wiatru, węże, skorpiony i śpiewające ptaki, programowalni fleciści, łodzie z „czteroosobowymi” automatycznymi zespołami i bardziej praktyczne ręce – z nowoczesną automatyczną pralką z mechanizmem myjącym .
Do tego czasu Chiny mogą mieć dwutysięczną tradycję produkcji automatów i produkować automaty składające się z ryczących tygrysów, śpiewających ptaków, latających ptaków, a nawet skomplikowanych zegarów wodnych z numerami pomiaru czasu.
Istnieją opisy automatycznych mechanicznych przedstawień lalek, automatycznych orkiestr i mechanicznych smoków, żeby wymienić tylko kilka. Niestety, większość stworzonych lub zarejestrowanych rzeczy została później zniszczona przez podbitą dynastię Ming w połowie XIV wieku, przez co wiele rzeczy przeszło w zapomnienie.
Chociaż w niektórych częściach Europy nadal istnieje tradycja automatów, w XIII wieku ponownie wzrosło zainteresowanie tworami i urządzeniami mającymi za zadanie szokować turystów, a te produkty i urządzenia ponownie pojawiły się na dworach w całej Europie.
Uważa się, że na ten czas duży wpływ miały teksty greckie tłumaczone na łacinę i włoski, które pobudziły zainteresowanie twórczością starożytnych matematyków i wynalazców. Słynny renesans automatów nastąpił w epoce renesansu i oświecenia.
W przeszłości technologia automatów była napędzana hydrauliką (woda), pneumatyką (wiatr i para) lub grawitacją (masą), co znacznie ograniczało złożoność i rozmiar sprzętu. Bardzo małe i złożone automaty wymagają pojawienia się nowych technologii.
Wraz z powszechnym przyjęciem bardziej zaawansowanych systemów inżynieryjnych, matematycznych i technologicznych (takich jak zegarmistrzostwo) oraz nauk metalurgicznych (wykorzystywanych do produkcji sprężyn), rozkwitła możliwość tworzenia naprawdę złożonych (i pięknych) maszyn.
Przez setki lat wkroczyliśmy w okres, który uważam za złoty wiek automatów, kiedy nadal istnieją niektóre z najsłynniejszych przykładów. Istnieje wiele dobrych przykładów i wiele osób mogłoby pomyśleć, że koncepcja automatów w dużej mierze wywodzi się z tamtej epoki.
Od początku XV do początków XX wieku automaty rozwijały się równolegle z zegarami, zegarkami i maszynami przemysłowymi, nieformalnie śledząc postęp innowacji i wynalazków mechanicznych.
Japonia i Chiny są pod tym względem nadal mocne i nawet po zawirowaniach dynastii wciąż odkrywane są wspaniałe przykłady z tego okresu. W Japonii praktyka mechanicznych lalek „karakuri” ma długą tradycję sięgającą połowy lat sześćdziesiątych XVII wieku do początków XX wieku.
Producenci narzędzi, zegarmistrzowie, ślusarze, wynalazcy, a nawet magicy stworzyli naprawdę niesamowite automaty, choć nadal są podobne do tych sprzed setek, tysięcy lat, ale teraz są bardziej zwarte i złożone.
Fragment zegara astronomicznego w katedrze w Strasburgu, Francja (Zdjęcie dzięki uprzejmości Tangopaso/Wikipedia Commons)
W tym okresie nastąpił wynalezienie współczesnego zegara z kukułką, który mógł wyewoluować z wczesnych przykładów dużych zegarów miejskich, w których animowane postacie znajdują się w słynnych maszynach, takich jak zegary astronomiczne w Strasburgu i Pradze. Pozłacany kogut w pierwszej wersji najsłynniejszego elementu katedry w Strasburgu, znajdującego się obecnie w miejskim muzeum sztuki dekoracyjnej, uważany jest za najstarszy automat na świecie.
Kierując się filozoficznym myśleniem René Descartesa i innych, pojawiły się maszyny naturalnej wielkości i bardziej miniaturowe. Wierzył, że zwierzęta to po prostu złożone maszyny biomechaniczne, które można zbudować.
Kaczka trawienna narysowana przez Jacques’a de Vaucansona (zdjęcie udostępnione przez Scientific American/Wikipedia)
Nie jest to pomysł zupełnie nowy, ale prowadzi do skupienia się na automatach zwierzęcych, z których niektóre wykraczają poza zakres poprzednich rozważań. Ciekawym przykładem jest kaczka trawienna, która pod wieloma względami przypomina kaczkę, ale najbardziej wyjątkowe jest to, że zjada granulowany pokarm, a następnie wydaje się, że wypróżnia się.
Dla współczesnego odbiorcy nie jest zaskakujące, że automaty tak naprawdę nie trawią jedzenia, ale francuski inżynier Jacques de Vaucanson wyraźnie wykorzystał to do realizacji prymitywnego realizmu natury.
Nie powinniśmy się śmiać: de Vaucanson był pionierem w wielu dziedzinach (m.in. wynalezienie automatycznego krosna i konstrukcja pierwszej tokarki całkowicie metalowej), zbudował coś, co uważa się za pierwszy automat biomechaniczny, flet odtwarzacz, może odtwarzać dwanaście różnych utworów. Zbudował także tamburyn. Inspiracją dla tych dwóch automatów był kurs anatomii francuskiego chirurga.
Była to także era słynnych zegarmistrzów Pierre'a Jaqueta-Droza i Henriego Maillardeta, którzy stworzyli jedne z najbardziej imponujących humanoidalnych automatów, które potrafiły rysować obrazy, podpisywać i pisać proste wiadomości.
Okres od połowy XIX wieku (około 1860 r.) do około 1910 r. uznawano za „złoty wiek automatów” (pojawiła się nawet książka o tym samym tytule), ponieważ rewolucja przemysłowa spowodowała pojawienie się dużej liczby znormalizowanych części mechanicznych, rosła liczba firm produkujących automaty. Łatwy w produkcji. Tysiące automatów i mechanicznych ptaków śpiewających wyeksportowano na cały świat i cieszyły się one popularnością wśród kolekcjonerów aż do przedednia I wojny światowej.
Nic dziwnego, że globalny dylemat gospodarczy i konserwatywne postawy wywołane wyniszczającymi tragediami wojen światowych zmieniły priorytety całej Europy (jednego z ośrodków produkcji automatów), a tworzenie automatów nie ma już zastosowania w szerszej praktyce. Chociaż wynalazek mechaniczny nigdy nie zniknął całkowicie w Europie, Azji czy Stanach Zjednoczonych, wynalazek mechaniczny ustąpił miejsca artystycznej stronie rzeczy, ponieważ postęp w elektryczności i technologii produkcyjnej sprawił, że automaty były stosunkowo łatwe w produkcji.
Przez pewien czas firmy skupiały się albo na tworzeniu eleganckiej sztuki za pomocą automatów, albo na tworzeniu tanich urządzeń przypominających zabawki. Obecnie, w dobie Internetu, jesteśmy świadkami renesansu tych projektów, ponieważ ludzie ponownie mają okazję zapoznać się z imponującymi, ale interesującymi aspektami automatów. W Internecie można znaleźć wiele interesujących i tanich przykładów.
Choć dla miłośników artystycznego rzemiosła i niesamowitej inżynierii automatów może to być nieco frustrujące, to przystępna cena pozwala łatwo wejść w świat zasad inżynierii poprzez ciekawe automaty.
Dzięki temu mogłem szczegółowo zrozumieć, jak proste zasady mechaniczne połączyły się, tworząc jedne z najbardziej spektakularnych wynalazków w historii.
Dla każdego, kto dzisiaj zwraca uwagę na automaty z najwyższej półki, oczywiste jest, że niezwykłą inżynierię można połączyć z imponującym kunsztem artystycznym, aby osiągnąć wspaniałe cele. Ale nawet w egzemplarzach najwyższej jakości zasady kierowania automatami są w zasadzie takie same, jak te stosowane od wieków, gdyż większość z nich opiera się na bardzo prostych zasadach mechanicznych generowania ruchu.
Chcę powiedzieć, że 95% automatów wykorzystuje pięć podstawowych zasad mechanicznych do tworzenia ruchu i tylko w rzadkich przypadkach używane są rzeczy, które nie pasują do tych kategorii. Kategorie są następujące: koła, koła pasowe, koła zębate, krzywki i korbowody. Gdybym był zwolennikiem, mógłbym połączyć koła, koła pasowe i przekładnie w większą grupę. Ale tworzone przez nie akcje są nieco inne i można je wykorzystać do unikalnych działań, więc trzymajmy się pięciu ogólnych kategorii.
Pierwszym z nich jest koło. W wielu przypadkach po prostu porusza się po osi, aby obiekt mógł się obracać, lub tworzy ruch liniowy całej maszyny w oparciu o automat, napędza ją jak samochód osobowy lub pociąg, lub wykorzystuje ukryte koła do tworzenia zwierząt. Iluzja ruchu.
Koło może być wewnętrznym napędem innego mechanizmu lub może być po prostu końcowym elementem łańcucha mechanicznego. Dobrym przykładem elementu końcowego będącego kołem jest zegar z kukułką, który charakteryzuje się pierścieniem z napisem wyłaniającym się z wnętrza korpusu zegara, zwykle przymocowanym z boku prostego koła.
Koła pasowe to ewolucja kół, ponieważ mogą być gładkie lub ząbkowane i zazębiać się z łańcuchami lub paskami, aby przenosić obrót na odległe obiekty. W zależności od ustawienia, koło pasowe może przenosić ruch obrotowy pod pewnym kątem przez elastyczny pas (zwykle spotykany w różnych starszych maszynach przemysłowych) i może zapewnić pewną ochronę mechanizmu przed uderzeniami.
Zmiana średnicy pomiędzy dwoma kołami pasowymi może zwiększyć lub zmniejszyć prędkość, ale co ważniejsze, może faktycznie zmienić wielkość przyłożonej siły. Rozwiązuje to problem polegający na tym, że sygnał wejściowy jest zbyt słaby, aby bezpośrednio poruszać dużymi komponentami, lub jest zbyt mocny i należy go zmniejszyć, aby chronić mechanizm.
W dalszym rozwoju koła zębate to w zasadzie koła zębate, są wykonane bardzo dokładnie i można je bezpośrednio zazębiać z innym kołem zębatym.
Pierwsze biegi były absolutnie niedokładne. Jedna z przekładni posiadała dwa równoległe koła z równomiernie rozmieszczonymi łączącymi je drążkami. Koła te zazębiły się z pojedynczym kołem wystającym z obręczy na równomiernie rozmieszczonych prętach. Można je znaleźć w najstarszych automatach w starożytnych Chinach czy Grecji i są głównymi elementami niektórych z najsłynniejszych dużych zegarów na świecie.
Jednak wraz z postępem technologii i lepszym zrozumieniem geometrii kół zębatych powstały bardzo precyzyjne koła zębate, które dzisiaj rozpoznajecie, które mogą bardzo dokładnie przenosić bardzo duże siły i podobnie jak koła pasowe mogą być używane do zmiany prędkości, siły lub zapewnienia dokładne przełożenie mechanizmu rozrządu (oczywiście). Wynalezienie precyzyjnych przekładni umożliwiło osiągnięcie pełnego potencjału bardzo skomplikowanym maszynom wykorzystującym podstawowe dźwignie.
Krzywka to kolejny najstarszy mechanizm, bo w uproszczeniu jest to koło z mimośrodowym wałem. Powoduje to niekonwencjonalny, powtarzalny ruch, który można wykorzystać do napędzania ruchu liniowego. Podstawowa zasada wykorzystuje koła o specjalnym kształcie, zwykle w kształcie okrągłego pióra lub spiralnego ślimaka, z popychaczem (prostym palcem lub zębem spoczywającym na obwodzie) w celu przeniesienia ruchu na inne koło lub korbowód, tworząc w ten sposób A ruch do tyłu i czwarty. Może to być niezwykle prosty lub niezwykle złożony ruch, ale zasada jest taka sama.
Ostatnim elementem konstrukcyjnym jest korbowód, który obejmuje popychacz krzywki, dźwignię i podstawowe ramię obrotowe. Struktury te są bardzo proste, ale w rzeczywistości są to główne cechy tworzące ruch w automatach. Korbowód składa się z pręta, który obraca się wokół jednej osi, łączy dwie osie na obu końcach lub łączy trzy lub więcej osi, tworząc złożoną ścieżkę ruchu.
Czas publikacji: 8 grudnia 2021 r
