Автомати: магічні таємниці стародавнього світу, механічні чудеса Середньовіччя, сучасні чудеса майстерних майстрів. Ну, досить алітерації.
Автомати, автомати, робот, автоматична машина: усі ці слова описують клас машин, які вважаються відносно автономними та можуть виконувати попередньо запрограмовані функції чи операції завдяки серії заздалегідь визначених механічних інструкцій.
Додаткова примітка для граматичних ботанів: автомати та автомати є правовими версіями множини автоматів; однак «торговий автомат» — це свого роду кафетерій, який виглядає як торговий автомат з їжею в кабінці. Він відкривається, коли вставляється монета.
Автомати можуть мати різні форми та розміри, і можуть робити майже все, що люди можуть собі уявити та створити механічну систему.
Автомати, на яких я хочу зосередитися, це деякі складні версії, з якими ви можете бути знайомі, такі як годинник із зозулею (птахи, які вискакують із дверей, щоб визначити час) або прості настільні іграшки з ручним приводом тварин (наприклад, коні, птахи чи риби) ) і цікаві сцени.
Історичні автомати включають музичні шкатулки з фігурками, щебетанням птахів і надзвичайно складні та дивовижні людські фігури П’єра Жаке-Дро, які малюють картини, пишуть фрази або створюють музичні інструменти.
Пізніше я наведу більше прикладів, але спочатку давайте зрозуміємо історію автоматів з самого початку.
Розумні інженери та майстри створювали автомати протягом тривалого часу, і деякі записи з'явилися ще приблизно за 1000 років до нашої ери, тобто більше 3000 років тому.
На жаль, приклади стародавніх культур, таких як Китай, Греція та Рим, були або забуті історією, або можуть вижити лише через текст, малюнки та картини. Люди можуть включити в обговорення стародавній антикітерський механізм близько 100 р. до н.е., але оскільки це може бути не автоматична машина, а складний підрахунок і калькулятор, я не буду включати його тут.
Найдавніші об’єкти зазвичай створювалися як релігійні машини, щоб показати силу лідерів або викликати духовні переживання під час відвідування священних місць, таких як храми. Однак навіть у першому столітті нашої ери герой Олександра, відомий своїм внеском у науку, математику та техніку, створив механічну сцену, використовуючи мотузки, вузли, шестерні та інші прості механізми, щоб завершити її, яка нібито тривала 10 хвилин. .
Використовуючи свій досвід у гідравліці, пневматиці та механіці, Герой винайшов машини, які можуть виконувати завдання на додаток до розваг, такі як програмовані самокеровані візки, торговельні автомати, вітряні органи та різноманітні бойові машини.
Зазвичай це паралельна історія автоматів: цікава сторона поєднується з винахідництвом та технікою, щоб надихнути та продемонструвати механічний прогрес цікавими, а часом і магічними способами.
Залежно від часу та місця в історії, забобонні громадяни можуть дивитися на автомати з підозрою, оскільки багато людей не мають безпосереднього досвіду роботи з такими пристроями. Це означає, що історія про чудодійну статую чи чудо пошириться серед натовпу, але насправді це геніальний пристрій, призначений для імітації таємничого досвіду.
У середні віки більшість «західного» світу втратили навички та ноу-хау виготовлення таких машин. Візантія та арабський світ продовжили традиції греків (і, можливо, китайців, завдяки торгівлі з Далеким Сходом), створюють подібні машини та пишуть статті, такі як «Книга про геніальні пристрої» в сучасному Іраку близько 850 рік нашої ери
Автомати, створені мусульманськими інженерами та винахідниками, справді неймовірні, на століття раніше, ніж багато відомих західних зразків. Ісламський Золотий вік між 780 і 1260 роками нашої ери став свідком вибуху наукового прогресу, який можна порівняти з будь-яким періодом в історії: вони були основою більшості західних наукових традицій.
Автомати з часів і географічних регіонів включають створені людиною істоти, такі як статуї вітру, змії, скорпіони та співочі птахи, програмовані флейтисти, човни з «чотирма особами» роботизованими групами та більш практичні руки з сучасною автоматичною пральною машиною з механізмом прання. .
На той час у Китаї, мабуть, буде двотисячолітня традиція автоматів, і він виробляє автомати, що складаються з ревучих тигрів, співаючих птахів, літаючих птахів і навіть складних водяних годинників із цифрами відліку часу.
Існують описи автоматичних механічних лялькових вистав, автоматичних оркестрів і механічних драконів, щоб назвати декілька. На жаль, більшість створених або записаних речей було згодом знищено підкореною династією Мін у середині 14 століття, через що багато речей було забуто історією.
Хоча в деяких частинах Європи все ще існує традиція використання автоматів, у 13 столітті відновився інтерес до творінь і пристроїв, призначених для шокування туристів, і ці продукти та пристрої знову з’явилися в судах по всій Європі.
Вважається, що на цей час значною мірою вплинули грецькі тексти, перекладені латинською та італійською мовами, що стимулювало інтерес до творчості античних математиків і винахідників. Знаменитий ренесанс автоматів стався в епоху Відродження та Просвітництва.
У минулому автоматична технологія приводилася в дію гідравлікою (вода), пневматикою (вітер і пара) або силою тяжіння (вагою), що значно обмежувало складність і розмір обладнання. Дуже маленькі і складні автомати вимагають появи нових технологій.
З широким впровадженням більш досконалих інженерних, математичних і технологічних систем (таких як виготовлення годинників) і металургійної науки (яка використовується для виготовлення пружин) здатність створювати справді складні (і красиві) машини процвітала.
Протягом сотень років ми вступили в те, що я вважаю золотим віком автоматів, коли деякі з найвідоміших прикладів все ще існують. Є багато хороших прикладів, і багато людей можуть подумати, що концепція автоматів здебільшого походить від тієї епохи.
З початку 15 століття до початку 20 століття автомати розвивалися паралельно з годинниками та промисловими машинами, неформально відстежуючи прогрес інновацій та механічних винаходів.
Японія та Китай все ще сильні в цьому відношенні, і навіть після турбулентності династії все ще відкриваються чудові приклади цього періоду. В Японії практика створення механічних ляльок «каракурі» має давню традицію з середини 1660-х років до початку 20-го століття.
Виробники інструментів, годинникарі, слюсарі, винахідники та навіть фокусники створили справді дивовижні автомати, хоча вони все ще схожі на ті сотні чи тисячі років тому, але тепер більш компактні та складніші.
Фрагмент астрономічного годинника Страсбурзького собору, Франція (фото надано Tangopaso/Wikipedia Commons)
У цей період було винайдено сучасний годинник із зозулею, який, можливо, розвинувся на основі ранніх зразків великих міських годинників, де анімаційні персонажі містяться у відомих машинах, таких як астрономічні годинники в Страсбурзі та Празі. Позолочений півень у першій версії найвідомішого елемента собору Страсбурга, який зараз знаходиться в міському музеї декоративного мистецтва, вважається найстарішим автоматом у світі.
Керуючись філософським мисленням Рене Декарта та інших, з’явилися машини в натуральну величину та більш мініатюрні. Він вважав, що тварини - це просто складні біомеханічні машини, які можна побудувати.
Травна качка, намальована Жаком де Вокансоном (фото опубліковано Scientific American/Wikipedia)
Це не зовсім нова ідея, але вона веде до акценту на автоматах тварин, деякі з яких виходять за рамки попередніх міркувань. Цікавим прикладом є травна качка, яка багато в чому нагадує качку, але найбільш унікальним є те, що вона їсть гранульований корм, а потім, здається, випорожнюється.
Для сучасної аудиторії не дивно, що автомати насправді не перетравлюють їжу, але французький інженер Жак де Вокансон явно використовував це, щоб відтворити примітивний реалізм природи.
Ми не повинні надто сміятися: де Вокансон був піонером у багатьох галузях (включно з винаходом автоматичного ткацького верстата та створенням першого суцільнометалевого токарного верстата), він побудував те, що вважається першим біомеханічним автоматом, флейтою плеєр, він може відтворювати дванадцять різних пісень. Змайстрував і бубон. На створення цих двох автоматів надихнув курс анатомії французького хірурга.
Це також була епоха відомих годинникарів П’єра Жаке-Дро та Анрі Мейларде, які створили одні з найвражаючих гуманоїдних автоматів, які могли малювати малюнки, підписувати та писати прості повідомлення.
Середину дев’ятнадцятого століття (приблизно з 1860 року) до приблизно 1910 року вважали «золотим віком автоматів» (існувала навіть книга з такою ж назвою), оскільки промислова революція спричинила появу великої кількості стандартизованих механічних частин, і кількість компаній, що виробляють автомати, зросла. Простий у виготовленні. Тисячі автоматів і механічних співочих птахів експортувалися по всьому світу, і вони були популярними серед колекціонерів аж до передодня Першої світової війни.
Не дивно, що глобальна економічна дилема та консервативні настрої, спричинені руйнівними трагедіями глобальних воєн, змінили пріоритети всієї Європи (одного з центрів виробництва автоматів), і створення автоматів більше не стосується ширшої практики. Незважаючи на те, що в Європі, Азії чи Сполучених Штатах Америки механічні винаходи ніколи не зникали повністю, механічні винаходи поступилися місцем художній стороні речей, оскільки прогрес у електриці та технології виробництва зробив автомати відносно легкими у виробництві.
Деякий час компанії були або зосереджені на створенні елегантного мистецтва за допомогою автоматів, або на виробництві дешевих іграшкових пристроїв. Зараз, в епоху Інтернету, ми спостерігаємо ренесанс цих проектів, тому що люди знову знайомляться з вражаючими, але цікавими аспектами автоматів — ви можете знайти багато цікавих і дешевих прикладів в Інтернеті.
Хоча це може трохи розчарувати тих, хто любить художню майстерність і неймовірну техніку автоматів, доступна ціна дозволяє людям легко поринути у світ інженерних принципів за допомогою цікавих автоматів.
Це дало мені детальне розуміння того, як прості механічні принципи поєдналися, щоб створити одні з найвидовищніших винаходів в історії.
Для кожного, хто сьогодні звертає увагу на автомати високого класу, очевидно, що надзвичайні інженерні розробки можна поєднати з вражаючою художньою майстерністю для досягнення чудових цілей. Але навіть у найякісніших прикладах принципи керування автоматами в основному ті самі, що використовувалися століттями, тому що більшість із них базується на дуже простих механічних принципах генерування руху.
Я хочу сказати, що 95% автоматів використовують п’ять основних механічних принципів для створення руху, і лише в рідкісних випадках використовуються речі, які не підходять під ці категорії. Категорії такі: колеса, шківи, шестерні, кулачки та шатуни. Якби я був наполегливим, я міг би об’єднати колеса, шківи та шестерні у більшу групу. Але дії, які вони створюють, дещо відрізняються, і їх можна використовувати для унікальних дій, тому зупинимося на п’яти загальних категоріях.
Перше – колесо. У багатьох випадках він просто рухається навколо осі, щоб дозволити об’єкту обертатися, або створює лінійний рух для всієї машини на основі автомата, керує нею, як легковий автомобіль чи потяг, або використовує приховані колеса для створення тварин Ілюзія руху.
Колесо може бути внутрішнім приводом іншого механізму, а може бути лише завершальним компонентом механічного ланцюга. Хорошим прикладом того, що кінцевим компонентом є колесо, є годинник із зозулею, для якого характерне кільце з символами, яке виходить із внутрішньої частини корпусу годинника, зазвичай прикріплене до бічної частини простого колеса.
Шківи є еволюцією коліс, тому що вони можуть бути гладкими або зубчастими та з’єднуватися з ланцюгами або пасами для передачі обертання віддалених об’єктів. Залежно від налаштування шків може передавати обертальний рух під певним кутом через гнучкий ремінь (як правило, на різних старих промислових машинах) і може забезпечувати певний захист механізму від ударів.
Зміна діаметра між двома шківами може збільшити або зменшити швидкість, але, що більш важливо, це може фактично змінити величину прикладеної сили. Це вирішує проблему, коли вхідний сигнал занадто слабкий для безпосереднього переміщення великих компонентів або занадто потужний і його потрібно зменшити для захисту механізму.
У подальшому розвитку шестерні в основному являють собою зубчасті шківи, вони зроблені дуже точно і можуть бути безпосередньо зачеплені з іншим зубчастим шківом.
Найперші передачі були абсолютно неточними. Одна з шестерень мала два паралельних колеса з рівномірно розташованими стрижнями, що з’єднували їх. Ці колеса стикалися з одним колесом, яке виступало з обода на рівномірно розташованих стрижнях. Їх можна знайти в найстаріших автоматах стародавнього Китаю чи Греції, і вони є основними компонентами деяких із найвідоміших великих годинників у світі.
Але з розвитком технологій і подальшим розумінням геометрії зубчастих передач з’явилися дуже точні шестерні, які ви впізнаєте сьогодні, які можуть дуже точно передавати дуже великі зусилля і, як шківи, можуть використовуватися для зміни швидкості, сили або забезпечення точне співвідношення механізму синхронізації (очевидно). Винахід точних передач дозволив дуже складним механізмам, які використовують базові важелі, повністю розкрити свій потенціал.
Кулачок є ще одним найдавнішим механізмом, тому що, кажучи найпростішими словами, це колесо з ексцентриковим валом. Це створює нетрадиційний повторюваний рух, який можна використовувати для керування лінійним рухом. Основний принцип передбачає використання коліс спеціальної форми, як правило, у формі круглого листа або спірального равлика, з кулачковим слідом (простим пальцем або зубом, що спирається на периферію) для перетворення руху на інше колесо або шатун, таким чином утворюючи A рух назад і вчетверте. Це може бути надзвичайно простий або надзвичайно складний рух, але принцип той самий.
Останнім будівельним блоком є шатун, який включає в себе кулачок, важіль і основний поворотний важіль. Ці структури дуже прості, але насправді вони є основними функціями, які створюють рух в автоматах. Шатун складається зі стрижня, який обертається навколо однієї осі, з’єднує дві осі на обох кінцях або з’єднує три чи більше осей, створюючи складну траєкторію руху.
Час публікації: 08 грудня 2021 р
