Automata: Den antika världens magiska mysterier, medeltidens mekaniska underverk, hantverkarnas moderna underverk. Nåväl, nog med allitteration.
Automata, automata, robot, automatic machine: Alla dessa ord beskriver en klass av maskiner som anses vara relativt självgående och kan utföra förprogrammerade funktioner eller operationer på grund av en rad förutbestämda mekaniska instruktioner.
Sidanteckning för grammatiknördar: Automata och automata är båda lagliga pluralversioner av automata; dock är en "varuautomat" en sorts cafeteria som ser ut som en varuautomat med mat i ett skåp, den öppnas när ett mynt sätts in.
Automater kan ha olika former och storlekar och kan göra nästan allt som människor kan föreställa sig och designa till ett mekaniskt system.
Automaterna jag vill fokusera på är några komplexa versioner som du kanske känner till, till exempel gökur (fåglar som hoppar ut genom dörren för att säga tiden) eller enkla handvevade skrivbordsleksaker från djur (som hästar, fåglar eller fiskar) ) och intressanta scener.
Historiska automater inkluderar speldosor med figurer, kvittrande fåglar och mycket komplexa och fantastiska människofigurer av Pierre Jaquet-Droz som ritar bilder, skriver fraser eller spelar musikinstrument.
Jag kommer att presentera fler exempel senare, men låt oss först förstå automaternas historia från början.
Smarta ingenjörer och hantverkare har byggt automater under lång tid, och vissa uppteckningar dök upp så tidigt som omkring 1000 f.Kr., vilket är mer än 3000 år sedan.
Tyvärr har exempel från antika kulturer som Kina, Grekland och Rom antingen glömts bort av historien eller kan bara överleva genom text, teckningar och målningar. Folk kan ta med den antika Antikythera-mekanismen runt 100 f.Kr. i diskussionen, men eftersom detta kanske inte är en automatisk maskin, utan en komplicerad räkning och kalkylator, kommer jag inte att ta med den här.
De tidigaste föremålen skapas vanligtvis som religiösa maskiner för att visa ledarnas makt eller för att framkalla andliga upplevelser när man besöker heliga platser som tempel. Men även under det första århundradet e.Kr. skapade Alexanders hjälte, känd för sina bidrag till vetenskap, matematik och ingenjörskonst, ett mekaniskt scenspel med hjälp av rep, knutar, kugghjul och andra enkla maskiner för att slutföra det som påstås varade i 10 minuter .
Med hjälp av sin expertis inom hydraulik, pneumatik och mekanik uppfann Hero maskiner som kan utföra uppgifter utöver underhållning, såsom programmerbara självkörande vagnar, varuautomater, vindorglar och olika krigsmaskiner.
Detta är vanligtvis automaternas parallella historia: den intressanta sidan kombineras med uppfinning och ingenjörskonst för att inspirera och visa upp mekaniska framsteg på intressanta och ibland magiska sätt.
Beroende på tid och plats i historien kan vidskepliga civila betrakta automater med misstänksamhet, eftersom många människor inte har förstahandserfarenhet av sådana enheter. Det betyder att historien om en mirakulös staty eller mirakel kommer att spridas i folkmassan, men i själva verket är det en genialisk anordning designad för att imitera en mystisk upplevelse.
Under medeltiden förlorade större delen av den "västerländska" världen kompetensen och kunnandet för att tillverka sådana maskiner. Bysans och den vidare arabiska världen fortsatte grekernas (och möjligen kinesernas traditioner, tack vare handeln med Fjärran Östern) ), skapade liknande maskiner och skrev tidningar, som "En bok om geniala anordningar" i dagens Irak ca. 850 e.Kr.
Automaterna skapade av muslimska ingenjörer och uppfinnare är verkligen otroliga, århundraden tidigare än många kända västerländska exempel. Den islamiska guldåldern mellan 780 och 1260 e.Kr. bevittnade en explosion av vetenskapliga framsteg som var jämförbara med vilken period som helst i historien: de var grunden för de flesta västerländska vetenskapliga traditioner.
Automater från tid och geografiska regioner inkluderar konstgjorda varelser som vindstatyer, ormar, skorpioner och sjungande fåglar, programmerbara flöjtspelare, båtar med "fyra-personers" robotband och mer praktiska händer - med modern automatisk tvättmaskin med tvättmekanism .
Vid det laget kan Kina ha en tvåtusenårig tradition av automater, och det producerar automater som består av rytande tigrar, sjungande fåglar, flygande fåglar och till och med komplexa vattenklockor med tidtagningsnummer.
Det finns beskrivningar av automatiska mekaniska dockteater, automatiska orkestrar och mekaniska drakar, för att nämna några. Tyvärr förstördes de flesta saker som skapades eller registrerades senare av den erövrade Mingdynastin i mitten av 1300-talet, vilket gjorde att många saker glömdes bort av historien.
Även om det fortfarande finns en tradition av automater i vissa delar av Europa, fanns det på 1200-talet ett förnyat intresse för skapelser och anordningar utformade för att chocka turister, och dessa produkter och anordningar dök återigen upp i domstolar över hela Europa.
Denna tid tros vara till stor del påverkad av de grekiska texterna översatta till latin och italienska, vilket stimulerade intresset för skapandet av forntida matematiker och uppfinnare. Den berömda automatrenässansen inträffade under renässansen och upplysningstiden.
Tidigare drevs automatteknologin av hydraulik (vatten), pneumatik (vind och ånga) eller gravitation (i vikt), vilket avsevärt begränsade komplexiteten och storleken på utrustningen. Mycket små och komplexa automater kräver uppkomsten av ny teknik.
Med den utbredda användningen av mer avancerade tekniska, matematiska och tekniska system (som urtillverkning) och metallurgisk vetenskap (används för att tillverka fjädrar), har förmågan att skapa verkligt komplexa (och vackra) maskiner blomstrat.
I hundratals år har vi gått in i vad jag anser vara automaternas guldålder, när några av de mest kända exemplen fortfarande finns. Det finns många goda exempel, och många kanske tror att begreppet automater till stor del härrör från den eran.
Från början av 1400-talet till början av 1900-talet utvecklades automater parallellt med klockor, klockor och industriella maskiner, och spårade informellt utvecklingen av innovation och mekanisk uppfinning.
Japan och Kina är fortfarande starka i detta avseende, och även efter dynastins turbulens upptäcks fortfarande underbara exempel från denna period. I Japan har utövandet av mekaniska "karakuri"-dockor en lång tradition från mitten av 1660-talet till början av 1900-talet.
Verktygstillverkare, urmakare, låssmeder, uppfinnare och till och med magiker har skapat några verkligt fantastiska automater, även om de fortfarande liknar de för hundratals till tusentals år sedan, men nu mer kompakta och komplexa.
Detalj av den astronomiska klockan i Strasbourgs katedral, Frankrike (Foto med tillstånd av Tangopaso/Wikipedia Commons)
Uppfinningen av det moderna gökuret inträffade under denna period, vilket kan ha utvecklats från de tidiga exemplen på storstadsklockor, där animerade karaktärer finns i kända maskiner som de astronomiska klockorna i Strasbourg och Prag. Den förgyllda tuppen i den första versionen av Strasbourgs mest berömda katedralelement, nu belägen i stadens konstmuseum, anses vara världens äldsta automat.
Drivna av René Descartes och andras filosofiska tänkande har det dykt upp maskiner i naturlig storlek och fler miniatyrer. Han trodde att djur bara är komplexa biomekaniska maskiner som kan byggas.
Matsmältningsanka tecknad av Jacques de Vaucanson (foto delat av Scientific American/Wikipedia)
Detta är inte en helt ny idé, men det leder till en betoning på djurautomater, av vilka några ligger utanför ramarna för tidigare överväganden. Ett intressant exempel är matsmältningsankan, som liknar en anka på många sätt, men det mest unika är att den äter granulär mat och sedan verkar ha tarmrörelse.
För den moderna publiken är det inte förvånande att automaten faktiskt inte smälter mat, men den franske ingenjören Jacques de Vaucanson använde helt klart det för att driva naturens primitiva realism.
Vi ska inte skratta för hårt: de Vaucanson var en pionjär inom många områden (inklusive uppfinningen av den automatiska vävstolen och konstruktionen av den första svarven helt i metall), han byggde vad som tros vara den första biomekaniska automaten, en flöjt spelare, Den kan spela tolv olika låtar. Han byggde också en tamburinspelare. Inspirationen till dessa två automater kom från en fransk kirurgs anatomikurs.
Detta var också eran för de berömda urmakarna Pierre Jaquet-Droz och Henri Maillardet, som skapade några av de mest imponerande humanoida automaterna som kunde rita bilder, signera och skriva enkla meddelanden.
Mitten av artonhundratalet (cirka 1860) till omkring 1910 ansågs vara "automaternas guldålder" (det fanns till och med en bok med samma namn), eftersom den industriella revolutionen fick ett stort antal standardiserade mekaniska delar att växa fram, och antalet företag som tillverkade automater ökade. Lätt att tillverka. Tusentals automater och mekaniska sångfåglar exporterades över hela världen, och de var fortfarande populära bland samlare fram till tröskeln till första världskriget.
Föga överraskande har det globala ekonomiska dilemmat och de konservativa attityderna som orsakats av de destruktiva tragedierna i globala krig förändrat prioriteringarna för hela Europa (ett av automatproduktionscentra), och skapandet av automater gäller inte längre för en bredare praxis. Även om den aldrig helt försvann i Europa, Asien eller USA, gav mekanisk uppfinning vika för den konstnärliga sidan av saken, eftersom framstegen inom elektricitet och tillverkningsteknik gjorde automater relativt lätta att producera.
Ett tag var företag antingen fokuserade på att skapa elegant konst med automater, eller på att göra billiga leksaksliknande enheter. Nu i internetåldern har vi sett en renässans av dessa projekt eftersom människor återexponeras för de imponerande men intressanta aspekterna av automater - du kan hitta många intressanta och billiga exempel på Internet.
Även om det kan vara lite frustrerande för dem som gillar det konstnärliga hantverket och den otroliga ingenjörskonsten av automater, tillåter det överkomliga priset människor att enkelt komma in i ingenjörsprincipernas värld genom intressanta automater.
Detta gav mig en detaljerad förståelse för hur enkla mekaniska principer kombinerades för att skapa några av de mest spektakulära uppfinningarna i historien.
För alla som uppmärksammar avancerade automater idag är det uppenbart att extraordinär ingenjörskonst kan kombineras med imponerande konstnärligt hantverk för att uppnå underbara mål. Men även i exemplen av högsta kvalitet är principerna för att köra automater i princip desamma som de som använts i århundraden, eftersom de flesta av dem är baserade på mycket enkla mekaniska principer för att generera rörelse.
Jag vill säga att 95 % av automaterna använder fem grundläggande mekaniska principer för att skapa rörelse, och endast i sällsynta fall används saker som inte passar dessa kategorier. Kategorierna är följande: hjul, remskivor, växlar, kammar och vevstakar. Om jag var en stickling skulle jag kunna kombinera hjul, remskivor och växlar till en större grupp. Men de åtgärder de skapar är något annorlunda och kan användas för unika åtgärder, så låt oss hålla oss till de fem allmänna kategorierna.
Det första är hjulet. I många fall kör den helt enkelt på en axel för att tillåta föremålet att rotera, eller skapar en linjär rörelse för hela maskinen baserat på en automat, kör den som en personbil eller ett tåg, eller använder dolda hjul för att skapa djur Illusionen av rörelse.
Hjulet kan vara den inre drivningen av en annan mekanism, eller det kan bara vara den sista komponenten i en mekanisk kedja. Ett bra exempel på att ändkomponenten är ett hjul är en gökur, som kännetecknas av en teckenring som kommer fram från insidan av klockkroppen, vanligtvis fäst vid sidan av ett enkelt hjul.
Remskivor är utvecklingen av hjul eftersom de kan vara släta eller tandade och gripa in i kedjor eller remmar för att överföra rotation till avlägsna föremål. Beroende på inställningen kan remskivan överföra rotationsrörelse i en viss vinkel genom en flexibel rem (finns vanligtvis på olika äldre industrimaskiner) och kan ge ett visst stötskydd för mekanismen.
Diameterändringen mellan de två remskivorna kan öka eller minska hastigheten, men ännu viktigare, den kan faktiskt ändra mängden kraft som appliceras. Detta löser problemet med att ingången är för svag för att direkt flytta stora komponenter eller är för kraftfull och måste reduceras för att skydda mekanismen.
I en vidareutveckling är kugghjulen i grunden tandade remskivor, de är gjorda mycket noggrant och kan vara direkt i ingrepp med en annan kuggremskiva.
De tidigaste växlarna var absolut felaktiga. En av kugghjulen hade två parallella hjul med jämnt fördelade stänger som förbinder dem. Dessa hjul griper in i ett enda hjul som stack ut från fälgen vid jämnt fördelade stavar. Dessa kan hittas i de äldsta automaterna i antikens Kina eller Grekland, och är huvudkomponenterna i några av de mest kända stora klockorna i världen.
Men med teknikens framsteg och den ytterligare förståelsen av kugghjulsgeometri, kom de mycket exakta växlarna som du kommer att känna igen till idag, som kan överföra mycket stora krafter mycket exakt och, precis som remskivor, kan användas för att ändra hastighet, kraft eller tillhandahålla ett exakt tidsförhållande (uppenbarligen). Uppfinningen av precisionsväxlar gjorde att mycket komplexa maskiner med grundläggande spakar kunde nå sin fulla potential.
Kammen är en annan äldsta mekanism eftersom det i enklaste termer är ett hjul med en excentrisk axel. Detta ger okonventionella repetitiva rörelser, som kan användas för att driva linjär rörelse. Grundprincipen använder specialformade hjul, vanligtvis i form av ett cirkulärt blad eller en spiralsnigel, med en kamföljare (ett enkelt finger eller en tand som vilar på periferin) för att omvandla rörelsen till ett annat hjul eller vevstake, och därigenom bilda A bakåt och fjärde rörelsen. Detta kan vara en extremt grundläggande eller extremt komplex rörelse, men principen är densamma.
Den sista byggstenen är vevstaken, som inkluderar kamföljaren, spaken och den grundläggande svängarmen. Dessa strukturer är mycket enkla, men de är faktiskt huvuddragen som skapar rörelse i automater. Vevstången är sammansatt av en stång som roterar runt en enda axel, förbinder två axlar i båda ändar eller förbinder tre eller flera axlar för att skapa en komplex rörelsebana.
Posttid: 2021-08-08
