Автомат ( / ɔː ˈ t ɒ m ə t ən / ;мн. ч.:автоматыилиавтоматы)— относительно самоуправляемаямашинаили механизм управления, предназначенный для автоматического выполнения последовательности операций или реагирования на заранее определенные инструкции.[1]Некоторые автоматы, такие какколокольчикив механических часах, разработаны так, чтобы создавать у случайного наблюдателя иллюзию того, что они действуют по собственной силе или воле, как механическийробот. Этот термин долгое время обычно ассоциировался с автоматизированнымикуклами, которые напоминают движущихся людей или животных, созданными для того, чтобы впечатлять и/или развлекать людей.
Аниматроника — современный тип автоматов с электроникой , часто используемый для изображения персонажей или существ в фильмах и в аттракционах тематических парков.
Слово автомат — это латинизация древнегреческого слова automaton ( αὐτόματον ) , что означает «действующий по собственной воле». Впервые его использовал Гомер для описания автоматического открывания двери [2] или автоматического движения колесных треног [3] . Чаще его используют для описания неэлектронных движущихся машин, особенно тех, которые были сделаны так, чтобы напоминать действия человека или животных, например, домкраты на старых общественных часах с боем или кукушка и любые другие анимированные фигуры на часах с кукушкой .
В греческой мифологии есть много примеров автоматов : Гефест создавал автоматы для своей мастерской; [4] [5] Талос был искусственным человеком из бронзы; царь феакийцев Алкиной использовал золотых и серебряных сторожевых псов. [6] [7] Согласно Аристотелю , Дедал использовал ртуть, чтобы заставить двигаться свою деревянную статую Афродиты . [8] [9] В других греческих легендах он использовал ртуть , чтобы наделить голосом свои движущиеся статуи.
Автоматы в эллинистическом мире были предназначены в качестве инструментов, игрушек, религиозных зрелищ или прототипов для демонстрации основных научных принципов. Многочисленные автоматы с водяным приводом были построены Ктесибием , греческим изобретателем и первым главой Большой Александрийской библиотеки ; например, он «использовал воду, чтобы издавать свисток и заставлять модель двигаться совы. Он изобрел первые в мире «часы с кукушкой » » . [a] Эта традиция продолжилась в Александрии с такими изобретателями, как греческий математик Герон Александрийский (иногда известный как Герон), чьи труды по гидравлике , пневматике и механике описывали сифоны , пожарную машину , водный орган , эолипил и программируемую тележку. [10] [11] Филон Византийский был известен своими изобретениями.
Известно, что сложные механические устройства существовали в эллинистической Греции , хотя единственным сохранившимся примером является Антикитерский механизм , самый ранний известный аналоговый компьютер . [12] Считается, что часовой механизм изначально был привезен с Родоса , где, по-видимому, существовала традиция машиностроения; остров был известен своими автоматами; цитируя седьмую Олимпийскую оду Пиндара :
Однако информация, полученная в результате недавнего сканирования фрагментов, указывает на то, что они могли происходить из колоний Коринфа на Сицилии и подразумевают связь с Архимедом .
Согласно еврейской легенде , царь Соломон использовал свою мудрость, чтобы спроектировать трон с механическими животными, которые приветствовали его как царя, когда он взошел на него; когда он сел, орел возложил ему на голову корону, а голубь принес ему свиток Торы . Также говорят, что когда царь Соломон ступил на трон, механизм был приведен в действие. Как только он ступил на первую ступеньку, золотой бык и золотой лев каждый протянули одну ногу, чтобы поддержать его и помочь ему подняться на следующую ступеньку. С каждой стороны животные помогали царю подняться, пока он не оказался удобно усаженным на троне. [13]
В древнем Китае любопытный рассказ об автоматах можно найти в тексте «Ли Цзы» , который, как полагают, возник около 400 г. до н. э. и был составлен около четвертого века н. э. В нем есть описание гораздо более ранней встречи между королем Му из Чжоу (1023–957 гг. до н. э.) и инженером-механиком, известным как Янь Ши, «ремесленником». Последний с гордостью представил королю очень реалистичную и подробную фигуру в натуральную величину, в форме человека, своего механического творения:
Король в изумлении уставился на фигуру. Она шла быстрыми шагами, двигая головой вверх и вниз, так что любой мог бы принять ее за живое человеческое существо. Мастер коснулся ее подбородка, и она начала петь, идеально подстраиваясь под ритм. Он коснулся ее руки, и она начала позировать, сохраняя идеальный такт... Когда представление подходило к концу, робот подмигнул и сделал авансы присутствовавшим дамам, после чего король пришел в ярость и приказал бы казнить Йен Ши [Ян Ши] на месте, если бы последняя, в смертельном страхе, немедленно не разобрала робота на части, чтобы показать ему, что это на самом деле. И, действительно, это оказалось всего лишь сооружение из кожи, дерева, клея и лака, разноцветно окрашенное в белый, черный, красный и синий цвета. Внимательно осмотрев его, король обнаружил, что все внутренние органы целы — печень, желчный пузырь, сердце, легкие, селезенка, почки, желудок и кишечник; и поверх них снова мускулы, кости и конечности с их суставами, кожа, зубы и волосы, все они искусственные... Король попробовал эффект удаления сердца и обнаружил, что рот больше не может говорить; он удалил печень, и глаза больше не могут видеть; он удалил почки, и ноги потеряли способность двигаться. Король был в восторге. [14]
Другие известные примеры автоматов включают голубя Архита , упомянутого Авлом Геллием . [15] Похожие китайские рассказы о летающих автоматах написаны в V веке до н. э. философом- моистом Моцзы и его современником Лу Банем , которые делали искусственных деревянных птиц ( ма юань ), которые могли успешно летать, согласно Хань Фэй Цзы и другим текстам. [16]
Традиция изготовления автоматов продолжалась в греческом мире вплоть до Средних веков. Во время своего визита в Константинополь в 949 году посол Лиутпранд Кремонский описал автоматы во дворце императора Феофила , в том числе
«львы, сделанные из бронзы или дерева, покрытого золотом, которые ударяли хвостами о землю и рычали, разинув пасть и дрожа языком», «дерево из позолоченной бронзы, ветви которого были полны птиц, также сделанных из позолоченной бронзы, и они издавали крики, соответствующие их виду», и сам «императорский трон», который «был сделан таким искусным образом, что в один момент он опускался на землю, а в другой поднимался выше и был виден в воздухе». [17]
Похожие автоматы в тронном зале (поющие птицы, рычащие и движущиеся львы) были описаны современником Луитпранда, византийским императором Константином Багрянородным , в его книге «О церемониях» (Perì tês Basileíou Tákseōs).
В середине VIII века были построены первые ветроэнергетические автоматы: «статуи, которые вращались вместе с ветром над куполами четырех ворот и дворцовым комплексом Круглого города Багдада ». «Публичное зрелище ветроэнергетических статуй имело свой частный аналог в дворцах Аббасидов , где в основном демонстрировались автоматы различных типов». [18] Также в VIII веке мусульманский алхимик Джабир ибн Хайян (Гебер) включил рецепты создания искусственных змей , скорпионов и людей, которые будут подчиняться контролю их создателя, в свою закодированную Книгу камней . В 827 году у аббасидского халифа аль-Мамуна во дворце в Багдаде было серебряное и золотое дерево , которое имело черты автоматической машины. На качающихся ветвях этого дерева, построенного мусульманскими изобретателями и инженерами , автоматически пели металлические птицы . [19] [ нужна страница ] У аббасидского халифа аль-Муктадира также было серебряное и золотое дерево во дворце в Багдаде в 917 году, на котором птицы хлопали крыльями и пели. [20] В IX веке братья Бану Муса изобрели программируемый автоматический флейтист , который они описали в своей «Книге гениальных устройств» . [21]
Аль-Джазари описал сложные программируемые гуманоидные автоматы среди других машин, которые он спроектировал и построил в « Книге знаний об изобретательных механических устройствах » в 1206 году. [22] Его автомат был лодкой с четырьмя автоматическими музыкантами, которая плавала по озеру, чтобы развлекать гостей на королевских питейных вечеринках. [23] Его механизм имел программируемую барабанную машину с колышками ( кулачками ), которые натыкались на маленькие рычаги , управляющие перкуссией . Барабанщика можно было заставить играть разные ритмы и барабанные паттерны, если передвигать колышки. [24]
Аль-Джазари построил автомат для мытья рук , впервые применив механизм смыва, который сейчас используется в современных туалетах . Он представляет собой женщину-автомата, стоящую у раковины, наполненной водой. Когда пользователь тянет за рычаг, вода сливается, и автомат наполняет раковину. [25] Его «фонтан павлина» был еще одним более сложным устройством для мытья рук, в котором гуманоидные автоматы выступали в качестве слуг , предлагающих мыло и полотенца . Марк Э. Росхайм описывает его следующим образом: «Если вытащить пробку из хвоста павлина, из клюва потечет вода; по мере того, как грязная вода из раковины заполняет полое основание, поплавок поднимается и приводит в действие рычажный механизм , который заставляет фигуру 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 фигуры слуги — с полотенцем!» [26]
Таким образом, Аль-Джазари, по-видимому, был первым изобретателем, проявившим интерес к созданию человекоподобных машин для практических целей, таких как манипулирование окружающей средой для человеческого комфорта. [27] Ламия Балафредж также указала на распространенность образа автоматизированного раба в трактате аль-Джазари. [28] Автоматизированные рабы были частым мотивом в древней и средневековой литературе, но не так часто можно было найти их описание в технической книге. Балафредж также писал об автоматизированных женщинах-рабынях, которые появлялись в хронометрах и как устройства для подачи жидкостей в средневековых арабских источниках, тем самым предполагая связь между феминизированными формами труда, такими как ведение домашнего хозяйства, средневековое рабство и воображаемая автоматизация. [29]
В 1066 году китайский изобретатель Су Сун построил водяные часы в форме башни, на которой были установлены механические фигурки, отбивающие часы. [30]
«Самарангана Сутрадхара» , санскритский трактат Бходжи (XI век), включает главу о создании механических приспособлений (автоматов), включая механических пчел и птиц, фонтаны в форме людей и животных, а также мужские и женские куклы, которые наполняли масляные лампы, танцевали, играли на музыкальных инструментах и воспроизводили сцены из индуистской мифологии. [31] [32] [33] [ нужен лучший источник ]
Виллар де Оннекур в своем альбоме 1230-х годов изобразил ранний спусковой механизм на рисунке под названием « Как заставить ангела постоянно указывать пальцем на Солнце с ангелом, который постоянно поворачивался бы лицом к солнцу». Он также нарисовал автоматическую птицу с сочлененными крыльями, что привело к их внедрению в дизайн часов. [34] [35]
В конце тринадцатого века Роберт II, граф Артуа , построил сад удовольствий в своем замке в Эсдене , в котором в качестве развлечения в обнесенном стеной парке было установлено несколько автоматов. Работа была выполнена местными рабочими под надзором итальянского рыцаря Рено Куанье. Он включал марионеток-обезьян, солнечные часы, поддерживаемые львами и «дикими людьми», механизированных птиц, механизированные фонтаны и орган с мехами. Парк славился своими автоматами вплоть до пятнадцатого века, пока не был разрушен английскими солдатами в шестнадцатом веке. [36] [37] [38]
Китайский автор Сяо Сюнь писал, что когда основатель династии Мин Хунву (годы правления 1368–1398) разрушал дворцы Ханбалыка, принадлежавшие предыдущей династии Юань , среди многих других механических устройств были найдены автоматы в форме тигров. [39]
В эпоху Возрождения интерес к автоматам значительно возрос. Трактаты Герона были отредактированы и переведены на латынь и итальянский языки. Гидравлические и пневматические автоматы, подобные описанным Геро, были созданы для садовых гротов .
Джованни Фонтана , инженер из Падуи , в 1420 году разработал Bellicorum instrumentorum liber [b] , который включает в себя куклу верблюда , управляемую одетым приматом в два раза выше человеческого роста, и автомат Марии Магдалины. [41] Он также создал механических дьяволов и роботов-животных с ракетным двигателем. [42] [43]
Хотя ранние часы были функциональными, они также часто проектировались как новинки и зрелища, которые интегрировали черты автоматов. Многие большие и сложные часы с автоматизированными фигурами были построены как публичные зрелища в европейских городских центрах . Одними из самых ранних из этих больших часов были Страсбургские астрономические часы , построенные в 14 веке, которые занимают всю сторону стены собора. Они содержали астрономический календарь, автоматы, изображающие животных, святых и жизнь Христа. Механический петух Страсбургских часов был активен с 1352 по 1789 год. [44] [45] Часы все еще работают по сей день, но претерпели несколько реставраций с момента своей первоначальной постройки. Пражские астрономические часы были построены в 1410 году, анимированные фигуры были добавлены с 17 века и далее. [46] Многочисленные часовые автоматы были изготовлены в 16 веке, в основном ювелирами Вольных имперских городов Центральной Европы. Эти удивительные устройства нашли свое место в кунсткамерах или «вундеркамерах» княжеских дворов Европы.
В 1454 году герцог Филипп создал развлекательное шоу под названием «Экстравагантный пир фазана» , которое должно было повлиять на приближённых герцога и побудить их принять участие в крестовом походе против османов, но в итоге превратилось в грандиозное представление с участием автоматонов, великанов и гномов. [47]
На банкете в честь Камиллы Арагонской в Италии в 1475 году присутствовал похожий на живого автоматический верблюд. [48] Зрелище было частью более масштабного парада, который продолжался несколько дней.
Леонардо да Винчи набросал сложного механического рыцаря, которого он, возможно, построил и выставил на празднике, устроенном Людовико Сфорца при дворе Милана около 1495 года. Конструкция робота Леонардо не была заново открыта до 1950-х годов. Позже была построена функциональная копия, которая могла двигать руками, поворачивать голову и сидеть. [49]
Да Винчи часто приписывают создание механического льва , которого он подарил королю Франциску I в Лионе в 1515 году. Хотя никаких записей об оригинальном дизайне устройства не сохранилось, его воссозданная версия хранится в замке Кло-Люсе . [50]
В коллекции Смитсоновского института есть часовой монах высотой около 15 дюймов (380 мм), возможно, датируемый 1560 годом. Монах приводится в движение пружиной с ключом и идет по траектории квадрата, ударяя себя в грудь правой рукой, одновременно поднимая и опуская небольшой деревянный крест и четки в левой руке, поворачивая и кивая головой, закатывая глаза и безмолвно произнося погребальные молитвы. Время от времени он подносит крест к губам и целует его. Считается, что монах был изготовлен Хуанело Турриано , механиком императора Священной Римской империи Карла V. [ 51]
Первое описание современных часов с кукушкой было сделано дворянином Аугсбурга Филиппом Хайнхофером в 1629 году . [52] Часы принадлежали курфюрсту Августу фон Саксонскому . К 1650 году работа механических кукушек была понята и широко распространена в справочнике по музыке Афанасия Кирхера Musurgia Universalis . В том, что является первым задокументированным описанием того, как работает механическая кукушка, описывается механический орган с несколькими автоматизированными фигурами. [53] В Германии 18-го века часовщики начали изготавливать часы с кукушкой на продажу. [46] Магазины часов, продающие часы с кукушкой, стали обычным явлением в регионе Шварцвальд к середине 18-го века. [54]
Япония приняла часовые автоматы в начале 17 века как куклы « каракури ». В 1662 году Такеда Оми завершил свой первый бутай каракури , а затем построил несколько таких больших кукол для театральных представлений. Куклы каракури пережили золотой век в период Эдо (1603–1867). [55]
Новое отношение к автоматам можно найти у Рене Декарта, когда он предположил, что тела животных — это не более чем сложные машины — кости, мышцы и органы можно заменить шестеренками , поршнями и кулачками . Таким образом, механизм стал стандартом, с которым сравнивали Природу и организм . [56] Франция в XVII веке была родиной тех гениальных механических игрушек , которые должны были стать прототипами двигателей Промышленной революции . Так, в 1649 году, когда Людовик XIV был еще ребенком, Франсуа-Жозеф де Камю спроектировал для него миниатюрную карету, полную лошадей и лакеев, пажа и дамы внутри кареты; все эти фигурки демонстрировали идеальное движение. По словам Лаба , генерал де Женн построил в 1688 году, в дополнение к машинам для стрельбы из пушки и навигации, павлина, который ходил и ел. Афанасий Кирхер создал множество автоматонов для создания иезуитских шоу, включая статую, которая говорила и слушала через переговорную трубку .
Первым в мире успешно построенным биомеханическим автоматом считается «Флейтист» , который мог играть двенадцать песен, созданный французским инженером Жаком де Вокансоном в 1737 году. Он также сконструировал «Игрока на тамбурине» и « Пищеваривающую утку» — механическую утку, которая — помимо кряканья и хлопанья крыльями — создавала ложную иллюзию еды и дефекации, по-видимому, поддерживая картезианские идеи о том, что животные — не более чем машины из плоти. [57]
В 1769 году шахматная машина под названием «Турок» , созданная Вольфгангом фон Кемпеленом , обошла дворы Европы, выдавая себя за автомат. [58] : 34 «Турок» победил Бенджамина Франклина в шахматной партии, когда тот был послом во Франции. [58] : 34–35 «Турок» на самом деле управлялся изнутри скрытым человеком-директором и не был настоящим автоматом.
Другие производители автоматов 18-го века включают плодовитого швейцарца Пьера Жаке-Дро (см. Автоматы Жаке-Дро ) и его сына Анри-Луи Жаке-Дро, а также его современника Анри Майярде . Майярде, швейцарский механик, создал автомат, способный рисовать четыре картины и писать три стихотворения. Автомат Майярде теперь является частью коллекции Музея науки Института Франклина в Филадельфии . Родившийся в Бельгии Джон Джозеф Мерлин создал механизм автомата Silver Swan , который сейчас находится в Музее Боуз . [59] Музыкальный слон, сделанный французским часовщиком Юбером Мартине в 1774 году, является одной из главных достопримечательностей поместья Уоддесдон . [60] Тигр Типу — еще один пример автоматов конца 18-го века, сделанный для Типу Султана , изображающий европейского солдата, терзаемого тигром. Екатерине Великой были подарен очень большой и сложный узорчатый «Часы Павлин», созданный Джеймсом Коксом в 1781 году, который сейчас экспонируется в Эрмитаже в Санкт-Петербурге .
По словам философа Мишеля Фуко , Фридрих Великий , король Пруссии с 1740 по 1786 год, был «одержим» автоматами. [61] По словам Мануэля де Ланды , «он собирал свои армии как хорошо смазанный часовой механизм, компонентами которого были роботоподобные воины».
В 1801 году Жозеф Жаккар построил свой ткацкий станок-автомат , который управлялся автономно с помощью перфокарт.
Автоматы, особенно часы и настенные часы, были популярны в Китае в 18 и 19 веках, и предметы производились для китайского рынка. Сильный интерес китайских коллекционеров в 21 веке вывел много интересных предметов на рынок, где они имели драматические реализации. [62]
Знаменитый фокусник Жан-Эжен Робер-Уден (1805–1871) был известен созданием автоматов для своих сценических шоу. [63] [58] : 33 Автоматы, которые действовали в соответствии с набором заранее заданных инструкций, были популярны среди фокусников в то время. [58] : 33
В 1840 году итальянский изобретатель Инноченцо Манцетти сконструировал автомат для игры на флейте в форме человека в натуральную величину, сидящего на стуле. Внутри стула были спрятаны рычаги, шатуны и трубки со сжатым воздухом , которые заставляли губы и пальцы автомата двигаться на флейте в соответствии с программой, записанной на цилиндре, похожем на те, что используются в игровых пианино . Автомат работал от часового механизма и мог исполнять 12 различных арий. В рамках представления он вставал со стула, наклонял голову и закатывал глаза.
Период между 1860 и 1910 годами известен как «Золотой век автоматов». Механические предсказатели судьбы, работающие от монет, появились на променадах в Британии и Америке. [64] В Париже в этот период процветало множество небольших семейных компаний по производству автоматов. Из своих мастерских они экспортировали тысячи часовых автоматов и механических поющих птиц по всему миру. Хотя сейчас эти французские автоматы редки и дороги, они привлекают коллекционеров по всему миру. Основными французскими производителями были Bontems , Lambert, Phalibois, Renou, Roullet & Decamps , Theroude и Vichy.
Теория абстрактных автоматов началась в середине 20-го века с конечных автоматов ; [65] она применяется в отраслях формальной и естественной науки, включая информатику , физику , биологию , а также лингвистику .
Современные автоматы продолжают эту традицию, делая акцент на искусстве, а не на технологической сложности. Современные автоматы представлены работами Cabaret Mechanical Theatre в Соединенном Королевстве , Thomas Kuntz , [66] Arthur Ganson , Joe Jones и Le Défenseur du Temps французского художника Жака Монестье.
С 1990 года голландский художник Тео Янсен строит большие автоматизированные конструкции из ПВХ под названием strandbeest (пляжное животное), которые могут ходить с помощью энергии ветра или сжатого воздуха. Янсен утверждает, что он хочет, чтобы они автоматически развивали и развивали искусственный интеллект , а стада свободно бродили по пляжу.
Британский скульптор Сэм Смит (1908–1983) был известным создателем автоматов. [67] [68] [69]
В 2016 году программа NASA Innovative Advanced Concepts изучала марсоход Automaton Rover for Extreme Environments , разработанный для выживания в течение длительного времени в условиях окружающей среды Венеры. В отличие от других современных автоматов, AREE является автоматом, а не роботом по практическим причинам — суровые условия Венеры, в частности температура ее поверхности 462 °C (864 °F), делают работу электроники там в течение значительного времени невозможной. Он будет управляться механическим компьютером и приводиться в движение энергией ветра. [70]
Часы-автоматы — это часы, в которых внутри или вокруг корпуса находятся автоматы, которые обычно активируются в начале каждого часа, каждые полчаса или каждую четверть часа. Они в основном производились с 1-го века до нашей эры до конца викторианской эпохи в Европе. Старые часы обычно изображали религиозных персонажей или других мифических персонажей, таких как Смерть или Отец Время. Однако со временем часы-автоматы стали изображать влиятельных персонажей во время их создания, таких как короли, известные композиторы или промышленники. Примерами часов-автоматов являются часы-колесницы и часы с кукушкой . В Музее страны кукушек экспонируются автономные часы. Хотя часы-автоматы, как считается, в основном использовались в средневековой Европе, сегодня они в основном производятся в Японии.
В теории автоматов часы рассматриваются как хронометрированные автоматы , тип конечного автомата . Конечные автоматные часы по сути означают, что автоматные часы имеют определенное количество состояний, в которых они могут существовать. [71] Точное число — это количество возможных комбинаций на часах с часовой, минутной и секундной стрелками: 43 200. Название хронометрированного автомата гласит, что автомат изменяет состояния с заданной скоростью, которая для часов составляет 1 изменение состояния в секунду. Часовые автоматы принимают в качестве входных данных только время, отображаемое предыдущим состоянием. Автоматы используют эти входные данные для создания следующего состояния, отображения времени на 1 секунду позже предыдущего. Часовые автоматы часто также используют входные данные предыдущего состояния, чтобы «решить», требует ли следующее состояние простого изменения стрелок на часах или требуется специальная функция, например, механическая птица, выскакивающая из дома, как в часах с кукушкой. [72] Этот выбор оценивается через положение сложных шестеренок, кулачков, осей и других механических устройств внутри автомата. [73]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )ранним известным аналоговым вычислительным устройством является Антикитерский механизм.
... датой проектирования и возможного строительства этого робота был 1495 год ... Начиная с 1950-х годов исследователи из Калифорнийского университета начали размышлять о значении некоторых отметок да Винчи на том, что, по-видимому, было техническими чертежами ... Теперь известно, что робот да Винчи имел бы внешний вид германского рыцаря.
Механические диковинки были в моде в Китае в XVIII и XIX веках, когда императоры династии Цин увлеклись автоматическими часами и карманными часами, а «торговцы Синг-Сонг», как называли европейских часовщиков, были более чем рады поощрять этот интерес.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )