Автоматы: магические тайны древнего мира, механические чудеса средневековья, современные чудеса мастеров-ремесленников. Ну хватит аллитераций.
Автоматы, автоматы, робот, автомат: все эти слова описывают класс машин, которые считаются относительно самодействующими и могут выполнять заранее запрограммированные функции или операции благодаря серии заранее определенных механических инструкций.
Примечание для любителей грамматики: автоматы и автоматы являются законными версиями автоматов во множественном числе; однако «торговый автомат» — это своего рода кафетерий, похожий на торговый автомат с едой в кабинке. Он открывается, когда вставляют монету.
Автоматы могут иметь различные формы и размеры и могут делать практически все, что люди могут себе представить и спроектировать в виде механической системы.
Автоматы, на которых я хочу сосредоточиться, представляют собой некоторые сложные версии, с которыми вы, возможно, знакомы, например, часы с кукушкой (птицы, выскакивающие из двери, чтобы определить время) или простые настольные игрушки с животными, запускаемые вручную (например, лошади, птицы или рыбы). ) и интересные сцены.
Исторические автоматы включают в себя музыкальные шкатулки со фигурками, щебечущими птицами и очень сложными и устрашающими человеческими фигурами Пьера Жаке-Дро, рисующими картинки, сочиняющими фразы или играющими на музыкальных инструментах.
Позже я приведу дополнительные примеры, но сначала давайте разберемся в истории автоматов с самого начала.
Умные инженеры и мастера уже давно строят автоматы, а некоторые записи появились еще около 1000 г. до н.э., то есть более 3000 лет назад.
К сожалению, примеры древних культур, таких как Китай, Греция и Рим, либо были забыты историей, либо сохранились только благодаря текстам, рисункам и картинам. Люди могут включить в обсуждение древний антикиферский механизм около 100 г. до н.э., но поскольку это может быть не автомат, а сложный счетно-калькулятор, я не буду включать его сюда.
Самые ранние объекты обычно создаются как религиозные машины, чтобы продемонстрировать силу лидеров или вызвать духовные переживания при посещении священных мест, таких как храмы. Однако еще в первом веке нашей эры герой Александра, известный своим вкладом в науку, математику и инженерное дело, создал механическую постановку, используя для ее завершения веревки, узлы, шестерни и другие простые механизмы, которая якобы длилась 10 минут. .
Используя свои знания в области гидравлики, пневматики и механики, Герой изобрел машины, которые могут выполнять не только развлечения, но и другие задачи, такие как программируемые самоуправляемые тележки, торговые автоматы, духовые органы и различные военные машины.
Обычно это параллельная история автоматов: интересная сторона сочетается с изобретениями и инженерией, чтобы вдохновлять и демонстрировать механический прогресс интересными, а иногда и волшебными способами.
В зависимости от времени и места в истории суеверные граждане могут относиться к автоматам с подозрением, поскольку многие люди не имеют непосредственного опыта работы с такими устройствами. Это значит, что рассказ о чудесной статуе или чуде разнесется по толпе, но на самом деле это хитроумный прием, призванный имитировать таинственный опыт.
В средние века большая часть «западного» мира утратила навыки и ноу-хау изготовления таких машин. Византия и весь арабский мир продолжили традиции греков (и, возможно, китайцев, благодаря торговле с Дальним Востоком)), создают аналогичные машины и пишут статьи, такие как «Книга об изобретательных устройствах» в современном Ираке около 850 год нашей эры.
Автоматы, созданные мусульманскими инженерами и изобретателями, поистине невероятны, они появились на столетия раньше, чем многие известные западные образцы. Золотой век ислама между 780 и 1260 годами нашей эры стал свидетелем взрыва научного прогресса, сопоставимого с любым периодом в истории: они были основой большинства западных научных традиций.
Автоматы из времени и географических регионов включают в себя искусственные существа, такие как статуи ветра, змеи, скорпионы и певчие птицы, программируемые флейтисты, лодки с роботизированными браслетами на «четыре человека» и более практичные руки — с современной автоматической стиральной машиной со стиральным механизмом. .
К тому времени Китай, возможно, будет иметь двухтысячелетнюю традицию производства автоматов, и он будет производить автоматы, состоящие из рычащих тигров, поющих птиц, летающих птиц и даже сложные водяные часы с хронометрическими цифрами.
Есть описания автоматических механических кукольных представлений, автоматических оркестров и механических драконов, и это лишь некоторые из них. К сожалению, большая часть созданных или записанных вещей была позже уничтожена завоеванной династией Мин в середине 14 века, в результате чего многие вещи были забыты историей.
Хотя в некоторых частях Европы традиция использования автоматов все еще существует, в 13 веке возобновился интерес к творениям и устройствам, призванным шокировать туристов, и эти продукты и устройства снова появились в судах по всей Европе.
Считается, что на это время во многом повлияли греческие тексты, переведенные на латынь и итальянский язык, что стимулировало интерес к творчеству древних математиков и изобретателей. Знаменитый ренессанс автоматов произошел в эпоху Возрождения и Просвещения.
В прошлом технология автоматов приводилась в действие гидравликой (вода), пневматика (ветер и пар) или гравитацией (по весу), что сильно ограничивало сложность и размеры оборудования. Очень маленькие и сложные автоматы требуют появления новых технологий.
С повсеместным внедрением более продвинутых инженерных, математических и технологических систем (таких как часовое производство) и металлургической науки (используемых для изготовления пружин) способность создавать по-настоящему сложные (и красивые) машины расцвела.
На протяжении сотен лет мы вступили в то, что я считаю золотым веком автоматов, когда некоторые из самых известных примеров все еще существуют. Есть много хороших примеров, и многие люди могут подумать, что концепция автоматов во многом заимствована из той эпохи.
С начала 15 века до начала 20 века автоматы развивались параллельно с часами, часами и промышленным оборудованием, неофициально отслеживая прогресс инноваций и механических изобретений.
Япония и Китай по-прежнему сильны в этом отношении, и даже после потрясений династии все еще обнаруживаются замечательные примеры этого периода. В Японии практика изготовления механических марионеток «каракури» имеет давнюю традицию, существовавшую с середины 1660-х годов до начала 20-го века.
Производители инструментов, часовщики, слесари, изобретатели и даже фокусники создали поистине удивительные автоматы, хотя и похожие на те, что были сотни-тысячи лет назад, но теперь более компактные и сложные.
Деталь астрономических часов Страсбургского собора, Франция (фото любезно предоставлено Tangopaso/Wikipedia Commons)
В этот период произошло изобретение современных часов с кукушкой, которые, возможно, произошли от ранних образцов больших городских часов, где анимированные персонажи содержались в известных машинах, таких как астрономические часы в Страсбурге и Праге. Позолоченный петух в первой версии самого известного элемента собора Страсбурга, который сейчас находится в городском музее декоративного искусства, считается старейшим автоматом в мире.
Благодаря философскому мышлению Рене Декарта и других появились машины в натуральную величину и более миниатюрные. Он считал, что животные — это всего лишь сложные биомеханические машины, которые можно построить.
Пищеварительная утка, нарисованная Жаком де Вокансоном (фото предоставлено Scientific American/Wikipedia)
Это не совсем новая идея, но она приводит к акценту на животных-автоматах, некоторые из которых выходят за рамки предыдущих рассмотрений. Интересным примером является пищеварительная утка, которая во многом напоминает утку, но самым уникальным является то, что она питается гранулированной пищей, а затем, кажется, испражняется.
Для современной аудитории неудивительно, что автоматы на самом деле не переваривают пищу, но французский инженер Жак де Вокансон явно использовал это для достижения примитивного реализма природы.
Не стоит слишком смеяться: де Вокансон был пионером во многих областях (в том числе в изобретении ткацкого станка и конструкции первого цельнометаллического токарного станка), он построил, как полагают, первый биомеханический автомат — флейту. плеер, он может воспроизводить двенадцать разных песен. Он также построил бубен. Вдохновением для создания этих двух автоматов послужил курс анатомии французского хирурга.
Это была также эпоха знаменитых часовщиков Пьера Жаке-Дро и Анри Майярде, которые создали одни из самых впечатляющих гуманоидных автоматов, которые могли рисовать картинки, подписывать и писать простые сообщения.
Середина XIX века (около 1860 г.) примерно до 1910 г. считалась «золотым веком автоматов» (была даже одноименная книга), поскольку промышленная революция привела к появлению большого количества стандартизированных механических деталей, и число компаний, производящих автоматы, росло. Простота изготовления. Тысячи автоматов и механических певчих птиц экспортировались по всему миру и пользовались популярностью у коллекционеров вплоть до кануна Первой мировой войны.
Неудивительно, что глобальная экономическая дилемма и консервативные настроения, вызванные разрушительными трагедиями глобальных войн, изменили приоритеты всей Европы (одного из центров производства автоматов), и создание автоматов больше не применяется в более широкой практике. Хотя механические изобретения никогда полностью не исчезали в Европе, Азии или Соединенных Штатах Америки, они уступили место художественной стороне вещей, поскольку достижения в области электричества и производственных технологий сделали автоматы относительно простыми в производстве.
Некоторое время компании были сосредоточены либо на создании элегантных произведений искусства с помощью автоматов, либо на производстве дешевых игрушечных устройств. Сейчас, в эпоху Интернета, мы наблюдаем возрождение этих проектов, поскольку люди вновь знакомятся с впечатляющими, но интересными аспектами автоматов — в Интернете можно найти множество интересных и дешевых примеров.
Хотя это может немного расстраивать тех, кто любит художественное мастерство и невероятную конструкцию автоматов, доступная цена позволяет людям легко войти в мир инженерных принципов через интересные автоматы.
Это дало мне детальное понимание того, как простые механические принципы в совокупности привели к созданию некоторых из самых впечатляющих изобретений в истории.
Для любого, кто сегодня обращает внимание на высококлассные автоматы, очевидно, что выдающаяся инженерия может сочетаться с впечатляющим художественным мастерством для достижения замечательных целей. Но даже в самых качественных примерах принципы управления автоматами в основном такие же, как те, которые использовались веками, потому что большинство из них основано на очень простых механических принципах создания движения.
Я хочу сказать, что 95% автоматов используют пять основных механических принципов для создания движения, и лишь в редких случаях используются вещи, не подпадающие под эти категории. Категории следующие: колеса, шкивы, шестерни, кулачки и шатуны. Если бы я был приверженцем, я мог бы объединить колеса, шкивы и шестерни в одну большую группу. Но действия, которые они создают, несколько отличаются и могут использоваться для уникальных действий, поэтому давайте придерживаться пяти общих категорий.
Первое — это колесо. Во многих случаях он просто движется по оси, чтобы позволить объекту вращаться, или создает линейное движение для всей машины на основе автомата, приводит ее в движение как легковой автомобиль или поезд, или использует скрытые колеса для создания животных. Иллюзия движения.
Колесо может быть внутренним приводом другого механизма или просто конечным звеном механической цепи. Хорошим примером конечного компонента, являющегося колесом, являются часы с кукушкой, для которых характерно кольцо с символом, выходящее из внутренней части корпуса часов и обычно прикрепленное к боковой части простого колеса.
Шкивы представляют собой эволюцию колес, поскольку они могут быть гладкими или зубчатыми и соединяться с цепями или ремнями для передачи вращения удаленным объектам. В зависимости от настройки шкив может передавать вращательное движение под определенным углом через гибкий ремень (обычно встречающийся на различных старых промышленных машинах) и может обеспечивать некоторую защиту механизма от ударов.
Изменение диаметра между двумя шкивами может увеличить или уменьшить скорость, но, что более важно, оно может фактически изменить величину приложенной силы. Это решает проблему, заключающуюся в том, что входной сигнал слишком слаб, чтобы напрямую перемещать большие компоненты, или слишком силен, и его необходимо уменьшить, чтобы защитить механизм.
В дальнейшей разработке шестерни представляют собой по существу зубчатые шкивы, они изготовлены очень точно и могут напрямую входить в зацепление с другим зубчатым шкивом.
Первые передачи были абсолютно неточными. Одна из шестерен имела два параллельных колеса с соединяющими их равномерно расположенными стержнями. Эти колеса сцеплялись с одним колесом, которое выступало из обода на равномерно расположенных стержнях. Их можно найти в старейших автоматах древнего Китая или Греции, и они являются основными компонентами некоторых из самых известных больших часов в мире.
Но с развитием технологий и дальнейшим пониманием геометрии шестерен появились очень точные шестерни, которые вы узнаете сегодня, которые могут очень точно передавать очень большие силы и, как шкивы, могут использоваться для изменения скорости, силы или обеспечения точное соотношение механизма газораспределения (очевидно). Изобретение прецизионных зубчатых передач позволило очень сложным механизмам, использующим базовые рычаги, полностью раскрыть свой потенциал.
Кулачок — еще один старейший механизм, поскольку, проще говоря, это колесо с эксцентриковым валом. Это создает нетрадиционное повторяющееся движение, которое можно использовать для управления линейным движением. Основной принцип заключается в использовании колес специальной формы, обычно в форме круглого листа или спиральной улитки, с толкателем кулачка (простой палец или зуб, опирающийся на периферию) для преобразования движения в другое колесо или шатун, тем самым образуя движение назад и вчетверо. Это может быть как очень простое, так и чрезвычайно сложное движение, но принцип тот же.
Последним строительным блоком является шатун, который включает в себя толкатель кулачка, рычаг и основной поворотный рычаг. Эти структуры очень просты, но на самом деле они являются основными функциями, создающими движение в автоматах. Шатун состоит из стержня, который вращается вокруг одной оси, соединяет две оси на обоих концах или соединяет три или более осей для создания сложной траектории движения.
Время публикации: 08 декабря 2021 г.
