Кривошип для андроида
Автоматы так давно существуют в пределах человеческой ойкумены, что уже весьма затруднительно установить время их появления. Принято считать, что впервые полуавтоматические механизмы описал в своей книге «Автоматы, или движущиеся машины» Герон Александрийский, греческий математик и механик, живший во второй половине I века до нашей эры. Примечательно, что мыслитель счел необходимым отделить устройства, имеющие практическое значение, от приспособлений «вызывающих изумление» у человека. Увы, в течение многих веков изобретатели привлекали внимание скорее механизмами второго рода – сугубо декоративными причудами инженерной мысли.
Труды Герона Александрийского стали известны широкой публике только в конце XVI столетия, однако и ранее пытливые умы небезуспешно конструировали оригинальные приспособления. Так, «отцом» прикладного конструирования автоматов почитают Альберта Великого, жившего в XIII веке. Этот легендарный философ-мистик, физик и механик создал действующую модель человека. По уверению современников, автомат Альберта представлял собой манекен в рост человека, который вставал с места всякий раз, когда стучали в двери кабинета, шел открывать и даже «окликал» входящего. Разумеется, точных сведений об этом автомате до нас не дошло, и представить его принципиальное устройство невозможно. Как бы то ни было, именно от Альберта Великого зародилась традиция создания человекоподобных автоматов, позже прозванных «андроидами». Что, кстати, не совсем правильно: изобретатели подобных диковин стремились слишком буквально копировать внешние признаки человека, игнорируя, как высказались бы современные специалисты, «полезную нагрузку».
Уместно подчеркнуть, что инженеры прошлых веков увлекались созданием андроидов в том числе и преследуя прагматические цели. Как правило, компенсировать свои расходы изобретатель сложного технического устройства не мог. Чтобы тратить месяцы и годы на конструирование передового, но бесполезного в коммерческом отношении механизма, нужно было заручиться финансовой поддержкой состоятельного мецената, а лучше – попасть на службу к влиятельному вельможе. (Исключения вроде гениального Леонардо да Винчи, который мог отвлекаться от живописи на создание утопических проектов подводной лодки и махолёта только подтверждают правило.) Следовательно, чудо-автомат должен быть как можно более броским, загадочным, шокирующим. Не секрет, что крайне необходимые в повседневной деятельности механические приспособления вряд ли удивляли современников. Так, одно из первых действующих без участия человека устройств – годометр. Прибор, призванный автоматизировать не физические, но логические функции человека, а именно отсчет расстояния. Неизвестный изобретатель годометра не стремился поразить воображение наблюдателя: внутри корпуса устройства закреплено зубчатое колесо, соединенное так называемым «бесконечным» винтом с соответствующей шестерней. Зная длину окружности колеса, можно вычислить путь, пройденный повозкой. Конечно, на исходе Средних веков появились многофункциональные годометры, приспособленные для измерения пути, пройденного пешком, верхом и вплавь. Такие устройства имели сразу несколько циферблатов с укрепленными на них указателями. Но считать эти механизмы неким технологическим прорывом не стоит: люди либо не рассматривали подобные новшества как из ряда вон выходящие, либо просто обходились без них.
Разумеется, немало времени изобретатели уделяли разработке и усовершенствованию действительно сложных механизмов. В первую очередь речь идет о механических часах: пожалуй, ни один выдающийся механик-практик не обошел своим вниманием это внешне элементарное устройство: знаменитый астроном Галилео Галилей, его не менее именитый земляк Джеронимо Кардано, немецкий основоположник современной механики Каспар Шотт (Gaspar_Schott) – все эти мыслители внесли свою лепту в модернизацию часового механизма. Стоит отметить, что именно модель часов с маятником голландского физика Христиана Гюйгенса (Christiaan Huygens) в 1656 году получила один из первых официальных патентов в сфере промышленной механики.
Но, как мы уже увидели выше, более широкую известность приобрели не собственно часы, а некие устройства, построенные на базе часовых автоматов. Это и различные музыкальные автоматы, механические театры и даже примитивные имитаторы человека (музыканта, певца и т. д.) Тогда подобные вещи называли «самодвижущимися» автоматами, и действовали они, за редким исключением, посредством сильной пружины; энергии последней хватало для передачи движения от заводного барабана и далее – к регуляторам и исполнительным механизмам. В XVIII веке механики охотно привлекали для оформления подобных диковин художников и ювелиров. Нередко итоговый продукт такого сотрудничества представлял собой настоящий шедевр прикладного искусства. Самые сложные по внешнему оформлению и внутреннему обустройству объекты поражали способностью чрезвычайно точно имитировать звуки и поведение живых существ. Например, известный швейцарский инженер Пьер Жак-Дроз (Pierre Jacquet-Droz) использовал в своей знаменитой «Птице в клетке» не только пионерский способ сопряжения кривошипа (устройство для преобразования вращательного движения в поступательное) и резервуара с воздухом. Автомат Дроза искусно издавал звуки необходимой высоты и длительности, а также обеспечивал синхронные движения головы и крыльев механической птицы. Однако и здесь наблюдатели скорее поражались необычности движений «мертвого» механизма, нежели полету технической мысли.
Звездный час автоматов наступил, когда инженеры сумели детально имитировать движения человека. Прежде чем описать этот замечательный казус, уместно подчеркнуть, что прежде люди вкладывали в само слово «автомат» особое значение, отличное от современного. Так, даже в позапрошлом веке Владимир Даль раскрывал этот термин как «подобие человека, животного, подражающее живым движениям, голосу; <…> живыш, живая кукла». Иными словами, от любого автомата-андроида ожидали копирования действий одушевленных существ, но заранее отказывали ему в практичности. Зачем повторять то, что может быть достигнуто человеком?
Как бы то ни было, одной из самых впечатляющих попыток стала демонстрация механиком Жаком Вокансоном своего механического флейтиста. Представитель славной инженерной династии представил автомат-андроид в 1731 году на рассмотрение Французской академии наук, добиваясь признания своего первенства. («В миру» Вокансон был известен как умелый конструктор ткацких станков, которые, впрочем, не были оценены при жизни гения.) Внешне андроид представлял собой искусно оформленный манекен в человеческий рост. Основой движения куклы был кузнечный мех: нагнетаемый воздух поступал в особую трубку, а звуковой сигнал направлялся к клапану, снабженному противовесом, где и происходила артикуляции звука. Через другой клапан звук выходил только тогда, когда тот был открыт. Музыкальный инструмент андроида звучал в диапазоне трех октав, что достигалось работой трех различных мехов, а в качестве управляющего аппарата служил цилиндр со шпильками: перемещаемые по нему подвижные клавиши заставляли пальцы «флейтиста» открывать и закрывать клапаны. Собственно движения осуществлялись специальным часовым механизмом, расположенным в основании андроида и действующим на зубчатые колеса, приводя в движение коленчатый вал. В свою очередь, программирующим звеном управления служил барабан, связанный с общим движителем через червячную передачу и зубчатые колеса. Мастерство Вокансона позволило детально проработать очередность тактильных движений «флейтиста», которые, по воспоминаниям очевидцев, ничем не отличались от поведения профессионального музыканта.
К сожалению, академики не спешили признать уникальность работы мастера. С одной стороны, ученые мужи признали факт создания автоматического устройства, имитирующего игру человека на флейте. Однако Вокансон не смог убедить всех скептиков в том, что внутри его андроида играет настоящая флейта, а не заурядная шарманка. Впоследствии чертежи и натурные макеты «флейтиста» были утрачены, а технологический переворот в этой сфере состоялся много позже.
Источник: IT News №17 (октябрь 2011 года)
Опубликовано 07.10.2011