4.3.1. Достижения античной науки и техники

Знаменитый древнегреческий механик из Александрии Ктесибий, живший около 2-1 вв. до н. э, создал клепсидру с «вечным» заводом, с календарем на весь год и указателем часов. Такие часы имели удивительную даже для нашего времени конструкцию. Их циферблат представлял собой высокий цилиндр, испещренный линиями. Его поверхность была разделена вертикальными черточками на 365 частей, по числу дней года. Извилистые горизонтальные линии - это линии часов: от восхода до заката - ровно 12, и столько же от заката до восхода, но длина дня и ночи в течение года меняется, линии «знают» об этом, вот почему они и извилисты.

Грустный маленький амур, символизирующий быстротекущее время, ронял капельки слез в стоящую перед ним чашу.

Стрелка часов - указка в руке другого, веселого амура, стоящего на дельфине. По мере того, как слезы его печального собрата заполняли сосуд с поплавком, амур с указкой в руке поднимался все выше и выше, показывая время. Когда сутки кончались, трубка-сифон опорожняла сосуд, в котором плавал дельфин, и счет времени начинался снова. Выливавшаяся вода вращала лопасти колеса и через систему зубчатых колес поворачивала цилиндр на 1/365 часть окружности. Начинался новый день. И так из года в год.

Ктезибий создал и более совершенные водяные часы: вода, вытекавшая из сосуда, поднимала поплавок, указывающий время на вертикальной шкале.

Любопытна конструкция и водяного будильника. Он представлял собой коромысло с двумя чашками, соединенными трубкой. Одну из них наполняли перед сном водой, в другую канала вода из клепсидры. Эти часы предназначались для тех, кто бережет свое время. Действовали эти часы следующим образом: когда из клепсидры натекало столько воды, сколько помещалось в противоположной чаше весов, то последняя, поднимаясь, изливала свою воду в первый сосуд, который, вследствие того, что его вес удвоился, с силой поднимал ноги спящего.

Отдал должное конструированию клепсидр и великий Архимед: его водяные часы с механическими передачами показывали не только время, но и движение Солнца, планет и Луны.

Клепсидры оказались весьма надежными и универсальными приборами. Они послужили прообразом многих приборов, применяемых сегодня в автоматических устройствах, в том числе и в робототехнике.

Совершенно естественно, что рассказы о предках современных промышленных роботов сильно замешены на мифах и легендах. Таково уж свойство памяти человеческой - она не столько бесстрастно фиксирует факты, сколько мечтает, предвосхищая сегодняшнюю реальность, отображая прошлое в будущем.

4.3.2.Создание механических автоматов - начало пути к современному роботу

Начало истории технической разработки идеи антропоморфного, т. е. похожего на человека по характеристикам и внешнему виду, помощника, уходит в глубь веков.

Описания реально существовавших в древности автоматов и технических игрушек-прообразов современных роботов можно встретить и в дошедших до нас исторических источниках. Несмотря на скудность, а иногда и сомнительную достоверность имеющихся сведений, они позволяют сделать некоторые выводы. Во-первых, древние уже умели использовать для приведения в действие своих механизмов различные источники энергии: воду, пар и т. д. Во-вторых, они создавали довольно сложные устройства. Многие древние ученые конструировали разнообразные автоматы и механические игрушки.

По-видимому, первыми робототехниками можно назвать Аристотеля (384 -322 до н. э.) и Архимеда, которые раскрыли связь между силами, воздействующими на плечи рычага.

В то же время создавались сложные автоматы. Аристотель рассказывает о виденных им механических театрах, в которых куклы приводились в движение с помощью нитей.

Первое применение рычага как основного элемента точных механизмов разнообразных автоматов приписывается Герону Александрийскому (ок. I в.).

Герон Александрийский, один из выдающихся древнегреческих ученых и инженеров, живший в I веке, описал в своих сочинениях много всевозможных автоматических устройств, в том числе и фигурки-автоматы, точно копирующие движения человека.

Эти автоматические устройства в качестве источника энергии использовали энергию воды, пара, сжатого воздуха и представляли собой интересную совокупность взаимодействующих в работе колес, рычагов, противовесов и винтов, изготовление которых требовало большого инженерного искусства. Наиболее известные из них, использовавшие силу воды или пара, принадлежавшие ему и его учителю Ктезибию были сравнительно сложные автоматы, многократно повторявшие определенный набор движений благодаря согласованному действию нескольких водяных сифонов. Были примитивные паровые турбинки, почти на две тысячи лет предвосхитившие паровые турбины, разработанные и начавшие вытеснять поршневые машины в конце прошлого века. Ему же принадлежит сообщение об использовании зубчатых колес в книге "Механические проблемы". Там приведен рисунок водяного автомата с двигающейся фигуркой птицы.

С помощью колесика механизм приводился в рабочее состояние. При этом одновременно поднимался из сосуда с водой пустотелый массивный колпак . При опускании колпака под действием собственного веса захваченный им над водой воздух выходил через свисток. Птица при этом вращалась, издавая трель.

Наиболее известный автомат, разработанный Героном Александрийским, поражал воображение современников. Этот автомат предназначался для открывания дверей храма. При разжигании огня в жертвеннике воздух герметичной полости, соединенной с круглым резервуаром, расширялся и вытеснял из него воду в бадью. Бадья перевешивала груз, и ворота храма открывались. Когда огонь гас, воздух охлаждался, вода втягивалась из бадьи в резервуар. Груз перевешивал бадью, и ворота храма закрывались.

Все эти прароботы существовали в виде оживших статуй и всевозможных культовых «чудесных» машин. Стоило бросить несколько монет в открытый зев каменного грифона, как «священная» вода сама собою изливалась из его глаз. Двери храма открывались, как сказал бы современный инженер, «автоматически», когда жрец возжигал огонь на алтаре перед храмом. Движущиеся статуи Герона Александрийского и других механиков эпохи эллинизма зачастую являлись объектами мистического поклонения.

Герон Александрийский, с именем которого связано создание реактивной паровой турбины, описал в своих трудах наряду с этой турбиной и ветряной мельницей еще и пневматические игрушки-автоматы.

Пожалуй, одним из первых создателей автоматической машины был Архимед, великий математик древнего мира. Он подошел к созданию машин как ученый, как инженер, умеющий применить отвлеченные методы математики и геометрии к решению практических задач.

Римский поэт Клавдиан упоминает о приборе, изготовленном Архимедом (ок. 287 -212 до н. э.). Прибор имел форму стеклянного шара с изображением небесного свода, на котором воспроизводилось движение всех известных в то время небесных светил. Шар вращался непрерывно сам.

Камнеметные машины, построенные Архимедом для обороны ею родных Сиракуз, были весьма совершенными. Они превосходили другие орудия по массе бросаемых камней и по дальности броска, хотя представляли собой простую комбинацию рычагов и блоков. Самый большой рычаг, укрепленный на оси, бросал камень. Малый рычаг служил спусковым механизмом, удерживающим большой в боевой позиции. Блоки натягивали толстые канаты, сплетенные из воловьих жил и играющие роль пружин.

Обратите внимание на то, что человек лишь приводил камнеметную машину в боевое положение: при помощи блоков натягивал канаты, при помощи малого рычага фиксировал большой рычаг во взведенном положении, помещал на место камень-снаряд, наводил машину на цель. Затем выдергивал малый рычаг. Остальное, главное делала машина. Она разгоняла камень и метала его в цель. Подумайте: главное машина делала сама. Она была несомненным предком автоматических машин.

Но еще точнее и дальше летели стрелы, выпущенные арбалетом. Устройство арбалета, его принципиальная схема близка к схеме камнеметной машины Архимеда. Мощный лук укреплен на ложе, похожем на ложе ружья или винтовки. Для натягивания тетивы служит специальный рычаг. Натянутую тетиву заводят на спусковой рычаг, напоминающий спусковой крючок современного стрелкового оружия. Арбалетчик взводит тетиву, укладывает стрелу и прицеливает ее. В нужный момент он нажимает спусковой рычаг, и арбалет стреляет. Вплоть до изобретения пороха арбалет был наиболее совершенным, а с точки зрения тех лет - автоматическим оружием.

В это время в Греции возникло понятие "машина". А знаменитый римский архитектор Витрувий (I в. до н. э.) сделал следующее определение рычажной машины "Машина есть взаимно связанное соединение деревянных частей, обеспечивающее наибольшую выгоду при поднятии тяжестей. Она приводится в действие искусственно ..." Если отбросить слово "деревянных", то это определение относится к современному балансирному манипулятору. Балансирные манипуляторы облегчают труд рабочего, поднимающего детали большой массы.

В VI в арабы, совершенствуя известные еще с третьего тысячелетия до н. э водяные часы, научились оснащать их механизмом, приводящим по прошествии каждого часа в движение различные фигурки.

Оригинальные часы с боем изготовили арабские механики каждый час на звонкую чашу падали шарики, отсчитывая прошедшие часы. На круглом циферблате, очень похожем на современный, стрелка показывала время, а из открывавшихся окошечек каждый час выходили фигурки рыцарей.