Бади аз-Заман Абу ль-Изз ибн Исмаил ибн ар-Разаз аль-Джазари (1136–1206, арабский : بَدِيعُ الزَّمانِ أَبُو العِزِّ بْنُ إس ْماعِيلَ بْنِ الرَّزَّازِ الجَزَرِيّ , IPA: [ældʒæzæriː] ) был мусульманским эрудитом : [2] учёным . , изобретатель , инженер-механик , ремесленник , художник и математик из династии Артукидов из Джазиры в Месопотамии . Он наиболее известен тем, что написал «Книгу знаний об изобретательных механических устройствах» ( арабский : كتاب في معرفة الحيل الهندسية , латинизированную : Китаб фи ма'рифат аль-хиял аль-хандасия , букв. «Книга по знанию инженерных трюков», также известная как автоматы ) в 1206 году, где он описал 50 механических устройств вместе с инструкциями по их изготовлению. Ему приписывают изобретение часов со слоном . [3] Его называют «отцом робототехники » и современной техники. [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 обозначают Верхнюю Месопотамию. [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 Верхней Месопотамией в качестве вассалов династии Зенгидов в Мосуле , а затем 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 принадлежал к традиции ремесленников и, таким образом, был скорее инженером-практиком, чем изобретателем [16] , который, судя по всему, «более интересовался мастерством, необходимым для создания устройств, чем технологией, лежащей в их основе». машины обычно «собирались методом проб и ошибок, а не путем теоретических расчетов». [17] Его «Книга знаний об изобретательных механических устройствах», по-видимому, была довольно популярна, поскольку она представлена в большом количестве рукописных копий, и, как он неоднократно объясняет, он описывает только устройства, которые построил сам. По словам Майра, стиль книги напоминает современную книгу «сделай сам». [18]
Некоторые из его устройств были вдохновлены более ранними устройствами, например, одни из его монументальных водяных часов, основанные на часах Псевдо-Архимеда . [19] Он также ссылается на влияние братьев Бану Муса на его фонтаны, ас-Сагани на дизайн часов со свечами и Хибатуллу ибн аль-Хусайна (ум. 1139) на музыкальные автоматы. Аль-Джазари продолжает описывать улучшения, которые он внес в работы своих предшественников, и описывает ряд устройств, методов и компонентов, которые являются оригинальными инновациями, не встречающимися 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-Хиял» Ибн аль-Раззаза аль-Джазари в апреле 1206 года в Артукидском соборе. суд. [20] [21] Эта рукопись известна как Ахмет III 3472, сейчас находится в библиотеке Топкапы Сарайи . Считается, что миниатюры отражают различные аспекты двора Артукидов того времени. [20] Ибн ар-Раззаз аль-Джазари работал при дворе Артукидов в последней четверти XII века, и это самая ранняя известная рукопись его опуса. [21]
Наиболее важным аспектом машин аль-Джазари являются механизмы , компоненты, идеи, методы и конструктивные особенности, которые они используют. [9]
Распределительный вал , вал, к которому прикреплены кулачки , был описан в 1206 году аль-Джазари, который использовал их в своих автоматах , [22] водяных часах (таких как свечные часы ) [23] и водоподъёмных машинах. [22]
Эксцентрично установленная ручка вращающегося керн-камня в Испании пятого века до нашей эры , которая распространилась по всей Римской империи, представляет собой рукоятку . [24] Самые ранние свидетельства существования кривошипно- шатунного механизма датируются III веком нашей эры на лесопилке Иераполиса в Римской империи . [24] Рукоятка также появляется в середине 9-го 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 цапф , причем движение колеса было круговым, а цапфы перемещались 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 занимает центральное место в современном оборудовании, таком 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 с возвратно-поступательным движением. [28] [30] Его водяной насос также использовал первый известный кривошипно-ползунковый механизм. [8]
Английский историк технологий Дональд Хилл пишет:
Мы впервые видим в работе аль-Джазари несколько концепций, важных как для проектирования, так и для строительства: ламинирование древесины для минимизации коробления, статическая балансировка колес, использование деревянных шаблонов (своего рода шаблон), использование бумаги . макетов для установления конструкций, калибровки отверстий , шлифовки седел и плунжеров клапанов совместно с наждачным порошком до получения водонепроницаемой посадки, а также литья металлов в закрытые формы 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 средств управления , в том числе «большую металлическую дверь, кодовый замок и замок с четырьмя засовами ». [9]
Сегментарная передача — это «деталь для приема или передачи возвратно-поступательного движения от или к зубчатому колесу, состоящая из сектора круглого колеса или кольца, имеющего зубцы на периферии или грани». [32] Профессор Линн Таунсенд Уайт-младший писал:
Сегментные шестерни впервые отчетливо появляются у аль-Джазари, на Западе они появляются в астрономических часах Джованни де Донди , законченных в 1364 году, и только благодаря великому сиенскому инженеру Франческо ди Джорджио (1501) они вошли в общий словарь европейского машиностроения. . [33]
Аль-Джазари изобрел пять машин для поднятия воды, [1], а также водяные мельницы и водяные колеса с кулачками на оси , используемые для приведения в действие автоматов , [34] в XII и XIII веках, и описал их в 1206 году. Именно в этих водоподъёмные машины, в которых он представил свои важнейшие идеи и компоненты.
Первое известное использование коленчатого вала в цепном насосе было в одной из машин сакия аль-Джазари . Концепция минимизации прерывистой работы также впервые применяется в одном из цепных насосов сакия аль-Джазари , целью которого было максимизировать эффективность цепного насоса сакия. Аль-Джазари также построил цепной насос сакия для поднятия воды, который работал за счет гидроэнергии , а не ручного труда , хотя до него китайцы также использовали гидроэнергию для цепных насосов. Машины Сакия, подобные тем, которые он описал, поставляли воду в Дамаск с 13-го века до наших дней [35] и использовались в повседневной жизни во всем средневековом исламском мире. [36] Интересно, что изображение цепи в насосе аль-Джазари, по-видимому, имеет форму ленты Мёбиуса , появившейся задолго до того, как лента Мёбиуса была впервые идентифицирована как объект изучения в математике. [37]
Ссылаясь на византийский сифон , использовавшийся для выпуска греческого огня , как на источник вдохновения, [38] аль-Джазари описал свою версию всасывающих труб, всасывающего насоса , насоса двойного действия и впервые использовал клапаны и механизм коленчатый вал- шатун. , когда он разработал двухцилиндровый поршневой всасывающий насос с возвратно-поступательным движением . Этот насос приводится в движение водяным колесом, которое через систему шестерен приводит в движение колеблющийся щелевой шток, к которому прикреплены штоки двух поршней. Поршни работают в горизонтально расположенных цилиндрах, каждый из которых снабжен всасывающей и нагнетательной трубками с клапанным управлением. Подающие трубы соединяются над центром машины, образуя единый выход в ирригационную систему. Эта водоподъёмная машина имела прямое значение для развития современной техники. Этот насос примечателен по трем причинам: [9] [39] [40] [41]
Всасывающий поршневой насос Аль-Джазари мог поднять 13,6 метра воды с помощью напорных труб . Однако она не была более эффективной, чем нория, обычно использовавшаяся в то время в мусульманском мире. [42]
Аль-Джазари разработал самую раннюю систему водоснабжения , приводимую в движение механизмами и гидроэнергией , которая была построена в Дамаске 13 века для снабжения водой мечетей и больниц Бимаристана . В системе использовалась вода из озера, вращающая черпающее колесо , и система шестерен, которая транспортировала кувшины с водой к водному каналу , который вел к мечетям и больницам города. [43]
Аль-Джазари построил автоматически движущихся павлинов, приводимых в движение гидроэнергией. [44] Он также создал автоматические двери как часть одних из своих сложных водяных часов , [9] и изобрел водяные колеса с кулачками на оси , используемые для управления автоматами. [34] Согласно Британской энциклопедии , итальянский изобретатель эпохи Возрождения Леонардо да Винчи, возможно, находился под влиянием классических автоматов аль-Джазари. [45]
Марк Э. Рошейм 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 драматическим иллюзиям, но и к манипулированию окружающей средой ради человеческого комфорта. Таким образом, величайшим вкладом арабов, помимо сохранения, распространения и развития работ греков, стала концепция практического применения. Это был ключевой элемент, которого не хватало греческой робототехнике. [46]
Арабы, с другой стороны, проявляли интерес к созданию человекоподобных машин для практических целей, но им, как и другим доиндустриальным обществам, не хватало какого-либо реального стимула для продолжения робототехнической науки. [47]
Одним из гуманоидных автоматов аль-Джазари была официантка, которая могла подавать воду, чай или напитки. Напиток хранился в баке с резервуаром, откуда напиток капает в ведро, а через семь минут - в чашку, после чего из автоматической двери появляется официантка, раздающая напиток. [48]
Аль-Джазари изобрел автомат для мытья рук со смывным механизмом, который сейчас используется в современных туалетах со смывом . Это устройство — еще один пример гуманоидного автомата . Он представлял собой человеческую фигуру, сделанную из шарнирной меди, держащую в правой руке кувшин, напоминающий павлина. Кувшин изготовлен из латуни и содержит внутри камеру, разделенную на две части металлической пластиной. Этот механизм способствовал выливанию воды из носика, чтобы она была гладкой и не разбрызгивалась. Резервуар, в котором хранится вода, расположен в правой части человеческой фигуры. В правом локте человеческой фигуры установлена ось, позволяющая жидкости выливаться из резервуара через носик кувшина. Левая рука фигуры имела фиксированный груз, который поднимал и опускал руку, держащую полотенце, расческу и зеркало.
Этот автомат был разработан, чтобы помогать королю во время ритуальных омовений . Слуга короля носил фигурку и ставил ее рядом с тазом, в котором могла храниться жидкость. Затем слуга повернул ручку на спине фигуры, которая открыла клапан, в результате чего вода из правой руки фигуры вылилась в таз. Когда резервуар почти пуст и большая часть воды вылита, срабатывает механизм, и левая рука фигуры, держащая полотенце, расческу и зеркало, вытягивается в сторону короля, чтобы он мог вытереться и вытереться. ухаживать за своей бородой. [49]
Вода и ее использование имеют особое значение в исламе ; как неотъемлемая часть процессов омовения перед молитвой вуду и гусль , так и ключевая особенность исламских садов - четыре фонтана в Райском саду; место последнего упокоения исламистов, упомянутое в Коране . Кроме того, поскольку Месопотамия была местом, подверженным естественной засухе, машины, работающие с водой, выполняли важную функцию; как в божественном, так и в практическом смысле.
Механизмам фонтанов был посвящен целый раздел «Книги знаний об изобретательных механических устройствах » под названием: «О сооружении в бассейнах фонтанов, изменяющих свою форму, и машин для вечной флейты». [50]
«Фонтан-павлин» Аль-Джазари представлял собой более сложное устройство для мытья рук, в котором в качестве слуг использовались гуманоидные автоматы, предлагающие мыло и полотенца . Марк Э. Рошейм описывает это следующим образом: [46]
Если вытащить пробку из хвоста павлина, из клюва вытечет вода; Когда грязная вода из бассейна заполняет полое основание, поплавок поднимается и приводит в действие рычаг , в результате чего фигура слуги появляется из-за двери под павлином и предлагает мыло. Когда используется больше воды, второй поплавок на более высоком уровне спотыкается и вызывает появление второй фигурки слуги – с полотенцем!
Чаша «павлиньего фонтана» представляла собой чашу для совершения вуду , и ею должен был управлять слуга, который выдергивал пробку и помещал клюв павлина; позволяя механизму сливать воду в таз перед пользователем. [51]
Однако, хотя объекты, движущие воду, такие как фонтан с павлином, использовались в ритуальных целях, есть предположение, что гидравлика, движущая воду, использовалась в мирских целях. Айхан Айтес предполагает, что: [52]
Многие из устройств имели также дополнительные функции, противоречащие божественному всемогуществу. Самой непристойной целью нескольких 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 попеременно перетекал из одного большого резервуара в другой с часовыми или получасовыми интервалами. Эта операция была достигнута благодаря инновационному использованию гидравлического переключения. [9]
Аль-Джазари создал музыкальный автомат, который представлял собой лодку с четырьмя автоматическими музыкантами, которая плавала по озеру, чтобы развлекать гостей на королевских попойках. Профессор Ноэль Шарки утверждал, что вполне вероятно, что это был один из первых программируемых автоматов, и произвел возможную реконструкцию механизма; у него есть программируемая драм-машина с колышками ( кулачками ), которые ударяются о маленькие рычаги , управляющие перкуссией. Барабанщика можно было заставить играть разные ритмы и разные рисунки барабанов, если перемещать колышки. [53]
Водяные часы барабанщиков, которые отличаются от оркестра музыкальных роботов тем, что в них нет куклы, играющей на флейте , а вместо этого есть два трубача , состоят из семи мужских фигур с деревянными шарнирами, включая вышеупомянутых трубачей, а также двух кукол, играющих на тарелках . а остальные играют на других ударных инструментах . [54] Механизм этого конкретного автомата служит часами, производя музыкальный звук один раз в час, иллюстрируя способность Аль-Джазари создавать многогранные автоматы, которые функционировали на практическом и развлекательном уровне. Движение автомата инициируется на рассвете другой куклой-мужчиной, которая стоит на краю элемента фриза рисунка и движется поперек, пока не достигает определенной точки, в которой резной сокол наклоняется вперед, роняя из клюва мяч на тарелка. [55] Все механические части автомата затем приводятся в движение водой и рядом поршней и кабелей. Каждый час вода выливается из главной цистерны , в результате чего опрокидывается еще одно ведро, приводящее в движение водяное колесо , соединенное с музыкантами. Описано, что автомат «исполняет громкий звук, который слышен издалека» и может играть несколько разных мелодий. [56] Как и многие другие автоматы Аль-Джазари, этот был создан для развлечения гостей в королевском дворце.
Аль-Джазари сконструировал множество водяных часов и часов со свечами . В их число входили портативные часы -писцы с водяным приводом высотой метр и шириной полметра, успешно реконструированные в Музее науки в 1976 году . Аль -Джазари также изобрел монументальные астрономические часы с водяным приводом , на которых отображались движущиеся модели. Солнца, Луны и звезд.
По словам Дональда Хилла , аль-Джазари сконструировал самые сложные часы со свечами , известные на сегодняшний день. Хилл описал одни из часов-свечей аль-Джазари следующим образом: [9]
Свеча, скорость горения которой была известна, упиралась в нижнюю часть колпака, и ее фитиль проходил через отверстие. Воск собирался в углублениях, и его можно было периодически удалять, чтобы он не мешал устойчивому горению. Нижняя часть свечи покоилась в неглубокой тарелке, на боковой стороне которой было кольцо, соединенное посредством шкивов с противовесом. Когда свеча догорала, вес толкал ее вверх с постоянной скоростью. Управление автоматами осуществлялось с тарелки на дне свечи. Никакие другие часы-свечи такого уровня не известны.
Часы-свечи Аль-Джазари также включали циферблат для отображения времени и впервые использовали байонетный механизм - механизм крепления , который используется до сих пор. [58]
Часы со слоном , описанные аль-Джазари в 1206 году, примечательны рядом нововведений. Это были первые часы, в которых через определенные промежутки времени реагировал автомат (в данном случае робот-гуманоид, ударяющий по тарелкам , и чирикающая механическая роботизированная птица), и первые водяные часы , которые точно записывали ход временных часов в соответствии с неравномерная продолжительность дня в течение года. [59]
Самыми большими астрономическими часами Аль-Джазари были «замковые часы», представляющие собой сложное устройство высотой около 11 футов (3,4 м) и выполнявшее множество функций, помимо измерения времени. Оно включало в себя отображение зодиака , солнечной и лунной орбит , а инновационной особенностью устройства был указатель в форме полумесяца , который перемещался по верху ворот, перемещался скрытой тележкой и вызывал автоматические двери. открываться, каждый час раскрывая манекен . [9] [60]
Еще одной особенностью устройства были пять музыкантов -автоматов , которые автоматически воспроизводили музыку при перемещении с помощью рычагов , приводимых в действие скрытым распределительным валом , прикрепленным к водяному колесу . [23]
Аль-Джазари изобрел водяные часы , которые приводились в движение как водой, так и гирями . В их число входили часы с механизмом и портативные часы -писцы с водяным приводом , высотой метра и шириной полметра. Писец с пером был синонимом часовой стрелки современных часов. [34] [57] Знаменитые часы-писцы с водяным приводом Аль-Джазари были успешно реконструированы в Музее науки в Лондоне в 1976 году.
Помимо своих достижений изобретателя и инженера, аль-Джазари был еще и опытным художником. В «Книге знаний об изобретательных механических устройствах» он дал инструкции по своим изобретениям и проиллюстрировал их с помощью миниатюрных картин — средневекового стиля исламского искусства .
Поскольку арабы называли верхнюю Месопотамию **аль-Джазир», что означает «остров», вполне возможно, что он родился в этой местности и поэтому его называли аль-Джазари.
Аль-Джазари родился в Верхней Месопотамии в XII веке и примерно с 1180 года работал у правителей...
Аль-Джазари родился в Джазират аль-Умаре и наиболее известен как автор...
Аль-Джазари (1136–1204) был курдским астрономом, математиком, исламским учёным, новатором и…
Курдский эрудит Аль-Джазари (1136–1206), например, построил устройства с приводом от животных и воды для подъема оросительной воды, всасывающие насосы, кривошипы и т. д.
{{citation}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{citation}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )