Dreht man an einer kleinen Kurbel, beginnt sich eine Holzfigur zu bewegen, ganz ohne Batterie. Das ist der Reiz eines Automaten-Spielzeugs, und es ist eine sehr alte Idee. Hier steht, was ein Automat ist, wie weit er zurückreicht und wie ein Nocken, ein sich drehendes Teil und ein Nockenfolger ein Paar Flügel schlagen lassen können, mit Quellen.
Die Kurzfassung
- Ein Automat ist eine „relativ selbsttätige Maschine“, die einer festgelegten Abfolge von Bewegungen folgt. Das Wort kommt aus dem Griechischen und bedeutet „aus eigenem Willen handelnd“.
- Die Idee ist antik: Griechische und hellenistische Werkstätten bauten wassergetriebene Figuren, und Hersteller des 18. Jahrhunderts wie die Familie Jaquet-Droz bauten Puppen, die schrieben, zeichneten und Musik spielten.
- Viele Automaten verbergen einen Nocken: ein geformtes Teil, das sich dreht, und einen Nockenfolger, der auf seinem Rand läuft und ein Glied oder einen Flügel bewegt.
Was ist ein Automat?
Wikipedia definiert einen Automaten (Plural: Automaten) als eine „relativ selbsttätige Maschine oder einen Steuermechanismus, der so gestaltet ist, dass er automatisch einer Folge von Arbeitsschritten folgt“. Einfach gesagt: Man setzt ihn in Gang, und er läuft von allein weiter.
Das Wort ist die latinisierte Form des altgriechischen automaton, was „aus eigenem Willen handelnd“ bedeutet. Wikipedia ergänzt, dass antike Automaten „als Werkzeuge, Spielzeuge, religiöse Schauspiele“ oder zur Vorführung wissenschaftlicher Prinzipien gedacht waren. Ein Spielzeug, das sich von selbst bewegt, ist also kein moderner Gag. Es ist eine der ältesten Maschinenarten überhaupt.
Wie alt ist die Idee?
Älter, als die meisten erwarten. Die Tabelle unten folgt dem, was die Quellen sagen, in grober zeitlicher Reihenfolge.
| Wann | Was | Die Quelle sagt |
|---|---|---|
| Griechischer Mythos | Hephaistos und Talos | Hephaistos „schuf Automaten für seine Werkstatt“, und Talos war „ein künstlicher Mensch aus Bronze“. Das sind Geschichten, keine Objekte. |
| 3. Jahrhundert v. Chr. | Wassergetriebene Automaten | Nocken, die sich dauernd drehten, wurden in hellenistische wassergetriebene Automaten eingebaut. Ktesibios wird unter den Herstellern wasserbetriebener genannt. |
| 2. Jahrhundert v. Chr. | Mechanismus von Antikythera | Ein handbetriebenes griechisches „Orrery“, ein mechanisches Modell des Sonnensystems, 1901 in einem Wrack gefunden. Kein Automat, aber ein Beleg, dass es so lange her schon Getriebemaschinen gab. |
| Antike | Heron von Alexandria | Seine Schriften beschreiben eine Wasserorgel und einen programmierbaren Wagen. |
| 1206 | Al-Dschazari | Beschrieb „komplexe programmierbare humanoide Automaten“ in seinem Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices. |
| 1737 | Vaucansons Flötenspieler | Als der erste erfolgreich gebaute biomechanische Automat der Welt bezeichnet; er konnte zwölf Lieder spielen. |
| 1768–1774 | Jaquet-Droz-Automaten | Drei in der Schweiz gebaute Puppen, unten beschrieben. |
Über den Mechanismus von Antikythera sagt Wikipedia, er sei im 2. Jahrhundert v. Chr. gebaut worden, habe mindestens 30 Zahnräder und sei das „älteste bekannte Beispiel eines Analogrechners“. Das größte Zahnrad misst etwa 13 cm.
Die Meisterwerke des 18. Jahrhunderts
Am bekanntesten sind die drei Jaquet-Droz-Automaten. Das Musée d’art et d’histoire in Neuchâtel in der Schweiz sagt, sie „wurden zwischen 1768 und 1774 in La Chaux-de-Fonds gefertigt“, von den Uhrmachern Pierre Jaquet-Droz, seinem Sohn Henri-Louis und Jean-Frédéric Leschot. Nach einer Tournee durch Europa wurden sie am 1. Mai 1909 der Stadt Neuchâtel geschenkt und sind seither das Aushängeschild des Museums.
- Die Musikerin spielt auf einer echten Orgel, indem sie die Tasten drückt; ihre Brust bewegt sich, als würde sie atmen.
- Der Zeichner zeichnet vier Bilder, darunter ein Porträt von Ludwig XV. und einen Hund.
- Der Schreiber schreibt mit einer Gänsefeder einen Text von bis zu 40 Buchstaben. Das Museum merkt an, dass er wegen eines defekten Teils derzeit außer Betrieb ist, während die beiden anderen weiterhin Vorführungen geben.
Wikipedia sagt, diese Puppen seien „Werbe- und Unterhaltungsspielzeuge gewesen, entworfen, um den Verkauf von Uhren zu steigern“, und sie gelten „als entfernte Vorfahren moderner Computer“. Ihr Geheimnis ist der Nocken: Der Zeichner nutzt „ein System aus Nocken, die die Bewegungen der Hand kodieren“.
Etwas später, um 1800, baute der Schweizer Mechaniker Henri Maillardet in London einen Automaten, der heute im Franklin Institute in Philadelphia steht. Wikipedia sagt, seine Nocken wirken wie ein Computerspeicher: „Er speichert die Bewegungsdaten, die nötig sind, um ein Gedicht auf Papier zu schreiben.“ Er fertigt Zeichnungen und Gedichte an.
Wie funktionieren Nocken?
Wikipedia beschreibt einen Nocken als „ein sich drehendes oder gleitendes Teil in einem mechanischen Gestänge“, vor allem genutzt, um Drehbewegung in lineare Bewegung umzuwandeln. Das Teil, das den Nocken berührt, ist der Nockenfolger, „ein Hebel, der Kontakt mit dem Nocken hat“.
Fügt man die Teile zusammen, ergibt sich der ganze Trick in vier Schritten:
- Sie drehen eine Kurbel oder ein Zahnrad, und eine Welle dreht sich.
- Ein Nocken auf der Welle dreht sich mit. Er ist kein perfekter Kreis; sein Rand hat Erhebungen und Mulden.
- Der Nockenfolger läuft an diesem Rand entlang, wird also bei einer Erhebung nach oben gedrückt und fällt bei einer Mulde ab.
- Der Nockenfolger ist mit einem Glied, einem Kopf oder einem Flügel verbunden, sodass die Form des Rands zur Bewegung wird.
Deshalb kann eine gleichmäßige Drehung eine sich wiederholende, lebensechte Bewegung ergeben. Die Form des Nockens bestimmt die Bewegung; der Mensch liefert nur das Drehen. Ein Scheibennocken, wie Wikipedia ihn nennt, wird aus einer flachen Platte geschnitten, und der Nockenfolger bewegt sich in einer Ebene im rechten Winkel zur Welle. Dieselbe Familie von Teilen öffnet die Ventile in einem Automotor: Wikipedia nennt die Nockenwelle als gängiges Beispiel. Im Zeichner von Jaquet-Droz erledigt ein geformtes Teil dieselbe Aufgabe für eine Hand.
Was das für einen Holzautomaten bedeutet
Ein Holzautomat ist dieselbe Idee, klein und einfach genug, um sie in der Hand zu halten. Das sagt unsere Produktseite zum Flying Manta Ray, und nur das: Er wird von Hand gekurbelt, ohne Batterien und ohne Knöpfe. Sie drehen ein kleines gelbes Zahnrad, und dünne Drähte heben die Flügel nacheinander, sodass der Rochen über seiner Holzbox gleitet. Der Rochen hat ein aufgedrucktes Mantamotiv auf Naturholz und kommt als ein fertiges Stück.
Die Seite beschreibt die Teile im Inneren nicht, daher behaupten wir nicht, dass er einen Nocken nutzt. Was wir sagen können: Er zeigt das Prinzip offen sichtbar: Man dreht etwas, und die Bewegung wandert auf einem Weg zu den Flügeln. Die Seite selbst schlägt ein kleines Spiel vor: herauszufinden, welcher Draht welchen Flügel bewegt.
Was wir wählen würden
Wenn Sie einen Mechanismus bei der Arbeit sehen möchten, ist der Flying Manta Ray der richtige Einstieg. Er ist ein fertiges Stück für Schreibtisch oder Regal.
Wenn Sie die Maschine lieber selbst bauen möchten, kommt unsere Wooden Marble Run als Bausatz aus Holzteilen: Rampen, Schalen, ein großes Rad und kleine Zahnräder. Die Seite führt vier Modelle auf, empfiehlt ein Alter ab 8 Jahren und sagt, einige Modelle laufen mit Batterien (3 AA, nicht enthalten).
Quellen
- Automaton, Wikipedia: die Definition, das griechische Wort und seine Bedeutung, antike Automaten als Werkzeuge und Spielzeuge, Hephaistos und Talos, Ktesibios, Heron von Alexandria, Al-Dschazari (1206), Vaucansons Flötenspieler (1737).
- Cam (mechanism), Wikipedia: was ein Nocken und ein Nockenfolger sind, Dreh- zu Linearbewegung, Scheibennocken, Nockenwellen, Nocken in hellenistischen wassergetriebenen Automaten.
- Antikythera mechanism, Wikipedia: ein handbetriebenes griechisches Orrery des 2. Jahrhunderts v. Chr., 1901 gefunden, mindestens 30 Zahnräder, „ältestes bekanntes Beispiel eines Analogrechners“.
- Jaquet-Droz automata, Wikipedia: die drei Puppen und was sie tun, die Nocken im Zeichner, ihr Zweck als Werbespielzeug, „entfernte Vorfahren moderner Computer“.
- The Jaquet-Droz automata, Musée d’art et d’histoire, Neuchâtel: Hersteller und Daten (1768–1774), die Schenkung an die Stadt 1909, der Schreiber derzeit außer Betrieb.
- Maillardet’s automaton, Wikipedia: um 1800 in London gebaut, heute im Franklin Institute, Nocken, die die Bewegung zum Schreiben eines Gedichts speichern.
