Поверните небольшую рукоятку, и деревянная фигурка начнёт двигаться без батарейки. В этом и очарование игрушки-автомата, и эта идея очень старая. Здесь рассказано, что такое автомат (automaton), насколько древня эта идея и как кулачок, вращающаяся деталь и толкатель, могут заставить махать парой крыльев, с источниками.
Коротко
- Автомат — это «относительно самодействующая машина», которая выполняет заданную последовательность движений. Слово происходит от греческого «действующий по своей воле».
- Идея древняя: в греческих и эллинистических мастерских делали фигуры на водяном приводе, а мастера XVIII века, такие как семья Жаке-Дро, строили кукол, которые писали, рисовали и играли музыку.
- Во многих автоматах спрятан кулачок: фасонная деталь, которая вращается, и толкатель, который скользит по её краю и двигает конечность или крыло.
Что такое автомат?
Википедия определяет автомат (automaton; мн. ч.: automata или automatons) как «относительно самодействующую машину или управляющий механизм, созданный для автоматического выполнения последовательности операций». Простыми словами: вы запускаете его, и дальше он работает сам.
Слово — латинизированная форма древнегреческого automaton, «действующий по своей воле». Википедия добавляет, что древние автоматы были «предназначены для работы, игры, религиозных зрелищ» или для демонстрации научных принципов. Так что игрушка, которая движется сама, — не современная ухищренная задумка. Это один из старейших видов машин.
Насколько стара эта идея?
Старше, чем обычно думают. Таблица ниже следует тому, что говорят источники, в приблизительном хронологическом порядке.
| Когда | Что | Что говорит источник |
|---|---|---|
| Греческий миф | Гефест и Талос | Гефест «создавал автоматы для своей мастерской», а Талос был «искусственным человеком из бронзы». Это легенды, а не предметы. |
| III век до н.э. | Автоматы на водяном приводе | Кулачки, вращавшиеся непрерывно, встраивали в эллинистические автоматы на водяном приводе. Ктесибий назван среди мастеров автоматов на водяном приводе. |
| II век до н.э. | Антикитерский механизм | Греческий «оррери» с ручным приводом — механическая модель Солнечной системы, найденный в обломках корабля в 1901 году. Не автомат, но доказательство того, что зубчатые машины строили уже там давно. |
| Древний мир | Герон Александрийский | В его трудах описаны водяной орган и программируемая тележка. |
| 1206 | Аль-Джазари | Описал «сложные программируемые гуманоидные автоматы» в своём Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices. |
| 1737 | Флейтист Вокансона | Называется первым в мире успешно построенным биомеханическим автоматом; мог играть двенадцать мелодий. |
| 1768–1774 | Автоматы Жаке-Дро | Три куклы, построенные в Швейцарии, — см. ниже. |
Про Антикитерский механизм Википедия пишет, что он создан в II веке до н.э., содержит не менее 30 шестерёнек и является «старейшим известным примером аналогового компьютера». Самая большая шестерня — около 13 см в поперечнике.
Шедевры XVIII века
Самые известные — три автомата Жаке-Дро. Музей искусств и истории в Нойшателе (Швейцария) сообщает, что они «были созданы в Ла-Шо-де-Фоне между 1768 и 1774 годами» часовщиками Пьером Жаке-Дро, его сыном Анри-Луи и Жан-Фредериком Лешо. После поездки по Европе их подарили городу Нойшателю 1 мая 1909 года, и с тех пор они — главный экспонат музея.
- Музыкантка играет на настоящем органе, нажимая на клавиши; её грудь движется, будто она дышит.
- Рисовальщик рисует четыре рисунка, в том числе портрет Луи XV и собаку.
- Писатель пишет гусиным пером текст до 40 букв. Музей отмечает, что сейчас он не работает из-за неисправной детали, а два других по-прежнему демонстрируются.
Википедия пишет, что эти куклы были «рекламными и развлекательными игрушками, созданными, чтобы повысить продажи часов», и что их считают «далёкими предками современных компьютеров». Их секрет — кулачок: рисовальщик использует «систему кулачков, которая кодирует движения руки».
Чуть позже, около 1800 года, швейцарский механик Анри Майярде построил в Лондоне автомат, который теперь находится в Институте Франклина в Филадельфии. Википедия пишет, что его кулачки работают как память компьютера: «он хранит данные о движениях, необходимые, чтобы написать стихотворение на бумаге». Он делает рисунки и пишет стихи.
Как работают кулачки?
Википедия описывает кулачок как «вращающуюся или скользящую деталь в механическом рычажном механизме», которую особенно часто используют, чтобы превращать вращательное движение в прямолинейное. Деталь, которая касается кулачка, — это толкатель, «рычаг, контактирующий с кулачком».
Соберите детали вместе, и вся хитрость умещается в четыре шага:
- Вы поворачиваете рукоятку или шестерёнку, и вал начинает вращаться.
- Вместе с ним вращается кулачок на валу. Он не идеальный круг: у его края есть выступы и впадины.
- Толкатель скользит по этому краю, и на выступе его поднимает, а на впадине он опускается.
- Толкатель связан с конечностью, головой или крылом, и форма края превращается в движение.
Вот почему одно ровное вращение может давать повторяющееся, похожее на живое движение. Движение задаёт форма кулачка; человек лишь вращает. Дисковый кулачок, как называет его Википедия, вырезан из плоской пластины, и толкатель движется в плоскости, перпендикулярной валу. Тоже семейство деталей открывает клапаны в автомобильном двигателе: Википедия называет распределительный вал общим примером. В Рисовальщике Жаке-Дро такую же работу для руки делает фасонная деталь.
Что это значит для деревянного автомата
Деревянный автомат — это та же идея, но уменьшенная и упрощённая так, чтобы её можно было держать в руках. Вот что говорит наша страница товара Flying Manta Ray — и только это: он с ручным приводом, без батареек и кнопок. Вы вращаете маленькую жёлтую шестерёнку, и тонкие проволочки поочередно поднимают крылья, и скат плавно парит над своей деревянной коробкой. На натуральном дереве напечатан рисунок манты, и он приходит как одно готовое изделие.
Страница не описывает детали внутри, поэтому мы не утверждаем, что там есть кулачок. Зато можно сказать, что он наглядно показывает принцип: вы что-то вращаете, и движение по пути доходит до крыльев. Сама страница предлагает небольшую игру: выяснить, какая проволочка двигает какое крыло.
Что выбрали бы мы
Если хотите увидеть, как работает механизм, начните с Flying Manta Ray. Это готовая вещь для письменного стола или полки.
Если вы скорее хотите собрать машину сами, наш Wooden Marble Run приходит как набор деревянных деталей: горки, чаши, большое колесо и маленькие шестерёнки. На странице указаны четыре модели, рекомендуемый возраст — от 8 лет, и сказано, что некоторые модели работают на батарейках (3 AA, в комплект не входят).
Источники
- Automaton, Википедия: определение, греческое слово и его значение, древние автоматы как инструменты и игрушки, Гефест и Талос, Ктесибий, Герон Александрийский, Аль-Джазари (1206), Флейтист Вокансона (1737).
- Cam (mechanism), Википедия: что такое кулачок и толкатель, превращение вращения в прямолинейное движение, дисковые кулачки, распределительные валы, кулачки в эллинистических автоматах на водяном приводе.
- Antikythera mechanism, Википедия: греческий оррери с ручным приводом II века до н.э., найденный в 1901 году, не менее 30 шестерёнок, «старейший известный пример аналогового компьютера».
- Jaquet-Droz automata, Википедия: три куклы и что они делают, кулачки в Рисовальщике, их назначение как рекламных игрушек, «далёкие предки современных компьютеров».
- The Jaquet-Droz automata, Musée d’art et d’histoire, Neuchâtel: создатели и даты (1768–1774), подарок городу в 1909 году, Писатель, который сейчас не работает.
- Maillardet’s automaton, Википедия: построен в Лондоне около 1800 года, сейчас в Институте Франклина, кулачки, хранящие движения для написания стихотворения.
