1.3 Истоки создания автоматических машин

Пожалуй, одним из 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.

Камнеметные машины, построенные Архимедом для обороны его 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. Человек лишь приводил каменную машину в боевое положение: при помощи блоков натягивал канаты, при помощи малого рычага фиксировал большой рычаг во взведенном положении, помещал на место камень – снаряд и наводил машину на цель. Затем выдергивал малый рычаг. Остальное делала машина. Она разгоняла камень и метала его в цель. Подумайте: главное машина делала сама. Она была несомненным предком автоматических машин.

Застой в науке, последовавшей за распадом эллинистических государств и гибелью Римской империи, продолжался много веков. Лишь Леонардо да Винчи сумел сделать самостоятельные шаги в создании новых механизмов. В его сочинениях содержались описания и конструкции многочисленных машин и механизмов. Он реализовал и применил практически немногое из задуманного. Люди, ничего не знавшие о трудах Леонардо, создавали вновь.

Еще более старым из автоматов являются часы. Потребность в измерении времени возникла у людей в глубокой древности. Земледелие дало толчок к созданию календаря. Но, наряду с календарем, фиксировавшим смену времен года, жизнь требовала измерения коротких периодов времени. В древнем Вавилоне были изобретены солнечные часы, позволившие разделить день на равные промежутки времени. В соответствии с принятой в Вавилоне системой счисления день и ночь были разбиты на 12 часов, каждый из которых содержал по 60 минут. Впоследствии ввели и более мелкие единицы времени – секунды, по 60 в каждой минуте. Первые «несолнечные» часы – клепсидры – измеряли время количеством воды, перетекавшей через маленькое отверстие из одного сосуда в другой. До наших дней дожили песочные часы, пригодные для измерения малых фиксированных промежутков времени. На смену этим примитивным часам пришли механические, ход которых обеспечивался тяжестью гири. Точность их была небольшой из-за влияния изменений температуры на величину трения в осях. Средневековые механики улучшили точность часов введением регулятора, использующего центробежную силу.

Революцию в измерении времени начал Г.Галилей. Галилей заметил, что период колебания люстр и лампад в церкви постоянен и зависит от длины подвеса. Лампады на длинных подвесах качаются медленнее, чем на малых. Он установил закон, связывающий длину подвеса с периодом колебаний. Период не зависит от веса груза, от способа подвеса и от формы груза. Важно положение центра тяжести груза. Периоды колебания реального маятника определялись через величины, описывающие некую абстрактную схему. Математическая модель, «математический маятник» обладал одной характеристикой – длиной. Для создания часов, идущих долго, без участия человека нужно было придумать новый механизм – автомат. Галилей придумал систему зубчатых колес, приводивших в движение стрелки часов. Но конфликт с церковью подорвал здоровье Галилея. Он отдал чертежи и инструкции сыну.

Независимо от Галилея голландский физик Х.Гюйгенс изготовил маятниковые часы. Это был настоящий автомат.

Ученым удалось понять и при помощи математики описать работу маятниковых часов намного позже, чем это было сделано для паровой машины. Поэтому проектирование часов оставалось, по существу, искусством еще долго после того, как ученые сумели создать инженерные методы проектирования паровых машин.

В соответствии с этим мы отложим дальнейшее знакомство со свойствами часов и перейдем к паровым машинам – первому промышленному автомату. Их разработка и исследование стали важной ступенью в мир автоматики. Целый ряд ученых занимался их созданием, а полученные ими результаты лежат в основе современных автоматических систем и обслуживающих их роботов.