Бади аз-Заман Абу ль-Изз ибн Исмаил ибн ар-Разаз аль-Джазари (1136–1206, арабский : بَدِيعُ الزَّمانِ أَبُو العِزِّ) بْنُ إسْماعِيلَ بْنِ الرَّزَّازِ الجَزَرِيّ , IPA: [ældʒæzæriː] ) был мусульманским эрудитом : [ 2] учёным , изобретателем , инженер-механик , ремесленник и художник из династии Артукидов Джазиры в Месопотамии . Он наиболее известен как автор «Книги знаний об изобретательных механических устройствах» ( араб . كتاب في معرفة الحيل الهندسية , романизировано : Kitab fi ma'rifat al-hiyal al -handasiya , букв. «Книга знаний об инженерных трюках», также известная как «Автоматы» ) в 1206 году, где он описал 50 механических устройств вместе с инструкциями по их созданию. Одним из его наиболее известных изобретений являются слоновьи часы . [ 3] Его называют «отцом робототехники » и современной инженерии. [4]
Аль-Джазари родился в районе Верхней Месопотамии в 1136 году. Источники утверждают, что его точное местонахождение неизвестно, но они предполагают, что он мог родиться в Джазирате ибн Умаре , откуда он получил имя Джазари или Аль-Джазира, которое использовалось для обозначения Верхней Месопотамии. [5] [6] [7] Единственная известная о нем биографическая информация содержится в его «Книге знаний об изобретательных механических устройствах» . [8] Как и его отец до него, он служил главным инженером во дворце Артуклу , резиденции мардинской ветви Артукидов , которые правили по всей Верхней Месопотамии в качестве вассалов династии Зенгидов из Мосула , а позднее генерала Айюбидов Саладина . [9] Мало что известно о его этническом происхождении, поэтому его по-разному описывают как араба , [10] [11] : 21 [12] [13] курда [14] или перса . [15]
Аль-Джазари был частью традиции ремесленников и, таким образом, был больше инженером-практиком, чем изобретателем [16], который, по-видимому, был «больше заинтересован в мастерстве, необходимом для создания устройств, чем в технологии, которая за ними стояла», и его машины обычно «собирались методом проб и ошибок, а не теоретическими расчетами». [17] Его «Книга знаний об изобретательных механических устройствах», по-видимому, была довольно популярна, поскольку она появляется в большом количестве рукописных копий, и, как он неоднократно объясняет, он описывает только те устройства, которые он построил сам. По словам Майра, стиль книги напоминает стиль современной книги «сделай сам». [18]
Некоторые из его устройств были вдохновлены более ранними устройствами, такими как одни из его монументальных водяных часов, которые были основаны на часах Псевдо-Архимеда . [19] Он также ссылается на влияние братьев Бану Муса для его фонтанов, аль-Сагани для дизайна свечных часов и Хибатуллаха ибн аль-Хусайна (ум. 1139) для музыкальных автоматов. Аль-Джазари продолжает описывать улучшения, которые он внес в работу своих предшественников, и описывает ряд устройств, методов и компонентов, которые являются оригинальными нововведениями, которые не появляются в работах его предшественников. [11] : 21–22
Известно, что правитель Артукидов Наср ад-Дин Махмуд (годы правления 1201–1222) заказал первое издание « Аль - Джами фи синаат аль-хийал» Ибн ар-Раззаза аль-Джазари в апреле 1206 года при дворе Артукидов. [20] [21] Эта рукопись известна как Ахмет III 3472, сейчас она находится в библиотеке Топкапы Сарайи . Считается, что миниатюры отражают различные аспекты жизни двора Артукидов в то время. [20] Ибн ар-Раззаз аль-Джазари работал при дворе Артукидов в последней четверти XII века, и это самая ранняя известная рукопись его произведения. [21]
Наиболее важным аспектом машин аль-Джазари являются механизмы , компоненты, идеи, методы и конструктивные особенности, которые они используют. [9]
Кулачковый вал , вал, к которому прикреплены кулачки , был описан в 1206 году аль-Джазари, который использовал их в своих автоматах [22] , водяных часах (например, свечных часах ) [23] и водоподъемных машинах [22] .
Эксцентрично установленная ручка вращающегося жернова в Испании пятого века до н. э. , которая распространилась по всей Римской империи, представляет собой кривошип . [24] Самые ранние свидетельства существования кривошипно- шатунного механизма относятся к лесопилке в Иераполе в Римской империи в третьем веке н. э . [24] Кривошип также появляется в середине IX века в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их Книге гениальных устройств . [25]
В 1206 году аль-Джазари изобрел ранний коленчатый вал , [26] [27] , который он соединил с кривошипно-шатунным механизмом в своем двухцилиндровом насосе . [28] Как и современный коленчатый вал, механизм аль-Джазари состоял из колеса, приводящего в движение несколько шатунных пальцев , причем движение колеса было круговым, а пальцы двигались вперед и назад по прямой линии. [26] Коленчатый вал, описанный аль-Джазари [26] [27], преобразует непрерывное вращательное движение в линейное возвратно-поступательное движение , [28] и является центральным элементом современных машин, таких как паровой двигатель , двигатель внутреннего сгорания и автоматическое управление . [27] [29]
Он использовал коленчатый вал с шатуном в двух своих водоподъемных машинах: цепном насосе «Сакия» с кривошипным приводом и поршневом всасывающем насосе двойного действия. [28] [30] Его водяной насос также использовал первый известный кривошипно-ползунковый механизм. [8]
Английский историк технологий Дональд Хилл пишет:
Впервые в работе аль-Джазари мы видим несколько концепций, важных как для проектирования, так и для строительства: ламинирование древесины для минимизации коробления, статическая балансировка колес, использование деревянных шаблонов (своего рода шаблонов), использование бумажных моделей для создания конструкций, калибровка отверстий , шлифовка седел и заглушек клапанов вместе с наждачным порошком для получения водонепроницаемой посадки и литье металлов в закрытых формовочных ящиках с песком . [9]
Аль-Джазари изобрел метод управления скоростью вращения колеса с помощью спускового механизма. [31]
По словам Дональда Хилла , аль-Джазари описал несколько ранних механических элементов управления , включая «большую металлическую дверь, кодовый замок и замок с четырьмя засовами ». [9]
Сегментная шестерня — это «деталь для приема или сообщения возвратно-поступательного движения от или к зубчатому колесу, состоящая из сектора круглой шестерни или кольца, имеющего зубцы на периферии или поверхности». [32] Линн Таунсенд Уайт писала: [33]
Западные ученые считали, что конические клапаны впервые появились на рисунках Леонардо, но их показывают рисунки аль-Джазарла. Аналогично, сегментные шестерни впервые ясно появляются у аль-Джазарла; на Западе они появляются в астрономических часах Джованни де Донди , законченных в 1364 году; с великим сиенским инженером Франческо ди Джорджио (ум. 1501) они вошли в общий словарь европейского машиностроения.
Аль-Джазари изобрел пять машин для подъема воды [1] , а также водяные мельницы и водяные колеса с кулачками на оси , используемые для управления автоматами [34] в XII и XIII веках, и описал их в 1206 году. Именно в этих водоподъемных машинах он представил свои самые важные идеи и компоненты.
Первое известное использование коленчатого вала в цепном насосе было в одной из машин saqiya аль-Джазари . Концепция минимизации прерывистой работы также впервые подразумевается в одной из цепных насосов saqiya аль-Джазари , которая была предназначена для максимизации эффективности цепного насоса saqiya. Аль-Джазари также построил водоподъемный цепной насос saqiya, который работал на гидроэнергии, а не на ручном труде , хотя китайцы также использовали гидроэнергию для цепных насосов до него. Машины saqiya, подобные тем, которые он описал, поставляли воду в Дамаск с 13-го века до наших дней, [35] и использовались повседневно во всем средневековом исламском мире. [36] Интересно, что изображение цепи в насосе аль-Джазари, по-видимому, имеет форму ленты Мёбиуса , задолго до того, как лента Мёбиуса была впервые идентифицирована как объект изучения в математике. [37]
Аль-Джазари описал всасывающие трубы, всасывающий насос , насос двойного действия и первым применил клапаны и кривошипно - шатунный механизм, когда разработал двухцилиндровый возвратно-поступательный поршневой всасывающий насос. Этот насос приводится в действие водяным колесом, которое через систему шестерен приводит в движение колеблющийся пазовый стержень, к которому прикреплены стержни двух поршней. Поршни работают в горизонтально расположенных цилиндрах, каждый из которых снабжен всасывающими и нагнетательными трубами, управляемыми клапанами. Нагнетательные трубы соединены над центром машины, образуя единый выход в ирригационную систему. Эта водоподъемная машина имела непосредственное значение для развития современной инженерии. Этот насос примечателен по трем причинам: [9] [38] [39] [40]
Всасывающий поршневой насос Аль-Джазари мог поднять 13,6 метров воды, [ требуется цитата ] с помощью подающих труб. Однако он был не более эффективен, чем нория, обычно используемая мусульманским миром в то время. [41]
Аль-Джазари ссылался на византийский сифон , используемый для выпуска греческого огня , как на источник вдохновения для своего насоса. [42] По словам Дональда Хилла , насос аль-Джазари можно считать «прямым предком комбинации парового двигателя ». [43] По словам Джозефа Нидхэма , щелевой стержневой силовой насос аль-Джазари является одной из «двух машин Средневековья, которые находятся наиболее непосредственно в родословной парового двигателя и локомотива », наряду с воздуходувной машиной Ван Чжэня , созданной столетие спустя. [44]
Аль-Джазари описал одноковшовые и четырехковшовые водоподъемные машины. Одноковшовая версия использует дифференциалы , полукруглые зубчатые передачи, ковшовые элеваторы и коробки передач , а четырехковшовая версия добавляет механический таймер .
Аль-Джазари разработал самую раннюю систему водоснабжения , которая приводилась в действие шестернями и гидроэнергией , которая была построена в Дамаске в 13 веке для подачи воды в мечети и больницы Бимаристана . Система имела воду из озера, вращающую черпак и систему шестеренок, которые транспортировали кувшины с водой в водный канал , который вел к мечетям и больницам в городе. [45]
Аль-Джазари построил автоматических движущихся павлинов, приводимых в движение гидроэнергией. [46] Он также создал автоматические двери как часть одних из своих сложных водяных часов , [9] и изобрел водяные колеса с кулачками на их оси, которые использовались для управления автоматами. [34] Согласно Encyclopaedia Britannica , итальянский изобретатель эпохи Возрождения Леонардо да Винчи , возможно, находился под влиянием классических автоматов аль-Джазари. [47]
Марк Э. Росхайм резюмирует достижения в области робототехники, достигнутые мусульманскими инженерами, особенно аль-Джазари, следующим образом:
В отличие от греческих проектов, эти арабские примеры демонстрируют интерес не только к драматической иллюзии, но и к манипулированию окружающей средой для человеческого комфорта. Таким образом, наибольший вклад, который внесли арабы, помимо сохранения, распространения и развития работы греков, заключался в концепции практического применения. Это был ключевой элемент, которого не хватало греческой робототехнической науке. [48]
С другой стороны, арабы проявляли интерес к созданию человекоподобных машин для практических целей, но у них, как и у других доиндустриальных обществ, не было реального стимула для продолжения своей робототехнической науки. [49]
Одним из гуманоидных автоматов аль-Джазари была официантка, которая могла подавать воду, чай или напитки. Напиток хранился в баке с резервуаром, откуда напиток капал в ведро и, через семь минут, в чашку, после чего из автоматической двери появлялась официантка, подающая напиток. [50]
Аль-Джазари изобрел автомат для мытья рук, включающий механизм смыва, который сейчас используется в современных туалетах со смывом . Это устройство является еще одним примером гуманоидных автоматов . Он состоял из человеческой фигуры, сделанной из сочлененной меди, держащей в правой руке кувшин, напоминающий павлина. Кувшин сделан из латуни и имеет внутри себя камеру, разделенную на две части металлической пластиной. Этот механизм помогал выливать воду из носика, так что она была гладкой и не разбрызгивалась. Резервуар, в котором находится вода, расположен в правой части человеческой фигуры. Ось вставлена в правый локоть человеческой фигуры, чтобы позволить жидкости выливаться из резервуара через носик кувшина. Левая рука фигуры имела фиксированный вес, который поднимал и опускал руку, которая держала полотенце, расческу и зеркало.
Этот автомат был разработан, чтобы помогать королю, пока он совершал ритуальные омовения . Слуга короля носил фигурку и ставил ее рядом с тазом, в котором могла находиться жидкость. Затем слуга поворачивал ручку на спине фигурки, которая открывала клапан, в результате чего вода из правой руки фигурки лилась в таз. Когда резервуар почти пустел и большая часть воды была вылита, срабатывает механизм, и левая рука фигурки, держащая полотенце, расческу и зеркало, протягивается в сторону короля, чтобы он мог вытереться и позаботиться о своей бороде. [51]
Вода и ее использование имеют особое значение в исламе ; и как неотъемлемая часть процессов омовения перед молитвой вуду и гусль , и как ключевая особенность исламских садов – четыре фонтана, представленные в Райском саду; исламское место последнего упокоения, упомянутое в Коране . Кроме того, поскольку Месопотамия была естественным местом засухи, машины, связанные с водой, выполняли важную функцию; как в божественном, так и в практическом смысле.
Целый раздел « Книги знаний об остроумных механических устройствах» был посвящен фонтанным механизмам и назывался: «О сооружении в бассейнах фонтанов, которые изменяют свою форму, и машин для вечной флейты». [52]
«Павлиний фонтан» Аль-Джазари был более сложным устройством для мытья рук, в котором в качестве слуг выступали человекоподобные автоматы, предлагавшие мыло и полотенца . Марк Э. Росхайм описывает его следующим образом: [48]
Если вытащить пробку из хвоста павлина, из клюва вытечет вода; по мере того, как грязная вода из раковины заполняет полое основание, поплавок поднимается и приводит в действие тягу , которая заставляет фигурку слуги появиться из-за двери под павлином и предложить мыло. Когда используется больше воды, второй поплавок на более высоком уровне срабатывает и вызывает появление второй фигурки слуги — с полотенцем!
Бассейн «фонтана-павлина» служил бассейном для совершения вуду , и им управлял слуга, который вытаскивал пробку и устанавливал клюв павлина, позволяя механизму выпускать воду в бассейн перед пользователем. [53]
Однако, в то время как объекты, перемещающие воду, такие как фонтан-павлин, имели ритуальное использование, есть предположение, что гидравлические устройства, перемещающие воду, использовались в нечестивых целях. Айхан Айтес предполагает, что: [54]
Многие из устройств также имели дополнительные функции, которые противоречили божественному всемогуществу. Наиболее мирской целью некоторых из его гидравлических и пневматических автоматов было как можно быстрее напоить гостей на вечеринках.
В работе Аль-Джазари описывались фонтаны и музыкальные автоматы, в которых поток воды чередовался из одного большого резервуара в другой с часовыми или получасовыми интервалами. Эта операция была достигнута благодаря его новаторскому использованию гидравлического переключения. [9]
Аль-Джазари создал музыкальный автомат, который представлял собой лодку с четырьмя автоматическими музыкантами, плававшую по озеру, чтобы развлекать гостей на королевских питейных вечеринках. Профессор Ноэль Шарки утверждал, что вполне вероятно, что это был ранний программируемый автомат, и создал возможную реконструкцию механизма; у него есть программируемая барабанная машина с колышками ( кулачками ), которые натыкаются на маленькие рычаги , управляющие перкуссией. Барабанщика можно было заставить играть разные ритмы и разные барабанные узоры, если передвигать колышки. [55]
Водяные часы барабанщиков, которые отличаются от музыкальной группы роботов тем, что в них отсутствует кукла, играющая на флейте , а вместо этого есть два трубача , состоят из семи деревянных сочлененных мужских фигур, включая вышеупомянутых трубачей, а также двух кукол, играющих на тарелках, и остальных, играющих на других ударных инструментах . [56] Механизм в этом конкретном автомате служит часами , производя музыкальный выход один раз в час, иллюстрируя способность Аль-Джазари создавать многогранные автоматы, которые функционировали на практическом и развлекательном уровне. Движение автомата инициируется на рассвете другой мужской куклой, которая стоит на краю элемента фриза дизайна, двигаясь по нему, пока не достигнет определенной точки, в которой резной сокол наклоняется вперед, бросая мяч из своего клюва на тарелку. [57] Затем все механические аспекты автомата приводятся в действие водой и серией поршней и кабелей. Каждый час вода выливается из главной цистерны, заставляя опрокидываться еще одно ведро, приводя в движение водяное колесо , соединенное с музыкантами. Автомат описывается как «исполняющий с громким звуком, который слышен издалека» и мог играть несколько разных мелодий. [58] Как и многие другие автоматы Аль-Джазари, этот был создан для развлечения гостей в королевском дворце.
Аль-Джазари сконструировал множество водяных и свечных часов . Среди них были портативные водяные писцовые часы , которые были метр в высоту и полметра в ширину, успешно реконструированные в Музее науки в 1976 году [34] [59] Аль-Джазари также изобрел монументальные водяные астрономические часы , которые отображали движущиеся модели Солнца, Луны и звезд.
По словам Дональда Хилла , аль-Джазари построил самые сложные свечные часы , известные на сегодняшний день. Хилл описал одни из свечных часов аль-Джазари следующим образом: [9]
Свеча, скорость горения которой была известна, упиралась в нижнюю часть колпачка, а ее фитиль проходил через отверстие. Воск собирался в углублении и мог периодически удаляться, чтобы не мешать ровному горению. Дно свечи покоилось в неглубокой тарелке, на боку которой было кольцо, соединенное через шкивы с противовесом. По мере того, как свеча сгорала, груз толкал ее вверх с постоянной скоростью. Автоматы управлялись из тарелки в нижней части свечи. Других свечных часов такой сложности не известно.
Свечной часы Аль-Джазари также включали циферблат для отображения времени и, впервые, использовали штыковое соединение — крепежный механизм , который используется и в наше время. [60]
Часы -слон, описанные аль-Джазари в 1206 году, примечательны несколькими нововведениями. Это были первые часы, в которых автомат реагировал через определенные интервалы времени (в данном случае человекоподобный робот ударял по тарелке , а механическая роботизированная птица щебетала), и первые водяные часы , которые точно регистрировали течение временных часов, чтобы соответствовать неравномерной длине дней в течение года. [61]
Крупнейшими астрономическими часами Аль-Джазари были «замковые часы», которые представляли собой сложное устройство высотой около 11 футов (3,4 м) и имели множество функций помимо хронометража. Они включали отображение зодиака и солнечных и лунных орбит , а инновационной особенностью устройства был указатель в форме полумесяца , который перемещался по верхней части ворот, перемещаемый скрытой тележкой, и заставлял автоматически открываться двери, каждая из которых открывала манекен , каждый час. [9] [62]
Еще одной особенностью устройства были пять музыкантов- автоматов , которые автоматически воспроизводили музыку при перемещении рычагов , управляемых скрытым кулачковым валом, прикрепленным к водяному колесу . [23]
Аль-Джазари изобрел водяные часы , которые приводились в движение как водой, так и грузами . Они включали в себя часы с зубчатой передачей и портативные писцовые часы с водяным приводом, которые были метр высотой и полметра шириной. Писец с его пером был синонимом часовой стрелки современных часов. [34] [59] Знаменитые писцовые часы с водяным приводом Аль-Джазари были успешно реконструированы в Музее науки в Лондоне в 1976 году.
Наряду со своими достижениями как изобретателя и инженера, аль-Джазари был также выдающимся художником. В «Книге знаний об остроумных механических устройствах » он дал инструкции по своим изобретениям и проиллюстрировал их с помощью миниатюрных картин, средневекового стиля исламского искусства .
Поскольку арабы называли верхнюю Месопотамию **al Jazire», что означает «остров», вполне возможно, что он родился в этой области и поэтому его называли аль-Джазари.
Родившийся в Верхней Месопотамии в XII в. н. э., аль-Джазари с 1180 г. служил правителям ...
, аль-Джазари наиболее известен как автор ...
Аль-Джазари (1136–1204) был курдским астрономом, математиком, исламским ученым, новатором и ...
Например, курдский эрудит Аль-Джазари (1136–1206) построил устройства для подъема поливной воды, приводимые в движение животными и водой, всасывающие насосы, кривошипные механизмы, ...
{{citation}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{citation}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: Проверить |url=
значение ( помощь )