Введение

Мусульманский инженер и художник (1136–1206)

Бадиʿ аз Заман Абуль-Изз ибн Исмаил ибн ар-Разаз аль-Джазари (1136–1206, بَدِيعُ الزَّمانِ أَبُو العِزِّ بْنُ إسْماعِيلَ بْنِ الرَّزَّازِ الجَزَرِيّ) был мусульманским полиматом: ученым, изобретателем, инженером-механиком, мастером и художником из династии Артукидов в Джазире (Месопотамия). Он наиболее известен своим трудом «Книга знаний об искусных механических устройствах» (كتاب في معرفة الحيل الهندسية, также известная как «Автоматы»), написанным в 1206 году, в котором он описал 50 механических устройств и дал инструкции по их изготовлению. Ему приписывают изобретение водяных часов в виде слона. Его называют «отцом робототехники» и современной инженерии.

Механические элементы управления

По словам Дональда Хилла, аль-Жазари описал несколько ранних механических устройств управления, включая "большую металлическую дверь, кодовый замок и замок с четырьмя задвижками". Эти устройства широко использовались в повседневной жизни по всему средневековому исламскому миру. Любопытно, что изображение цепи в насосе аль-Жазари, по-видимому, представляет собой полосу Мёбиуса, задолго до того, как полоса Мёбиуса была впервые выделена как объект изучения в математике.

Двухдействующий насос с клапанами и перемещающимся поршнем

Вдохновляясь византийским сифоном, использовавшимся для выброса греческого огня, аль-Джазари описал свою версию всасывающих труб, всасывающего насоса, насоса двойного действия и впервые применил клапаны и кривошипно-шатунный механизм при создании двухцилиндрового возвратно-поступательного всасывающего насоса. Этот насос приводится в движение водяным колесом, которое через систему шестерен приводит в движение качающийся шток, к которому прикреплены штанги двух поршней. Поршни работают в горизонтально расположенных цилиндрах, каждый из которых оснащен управляемыми клапанами всасывающими и нагнетательными трубами. Нагнетательные трубы соединены над центром машины, образуя единый выход в ирригационную систему. Эта машина для подъема воды имела важное значение для развития современной инженерии. Этот насос примечателен по трем причинам:
Первое известное использование настоящей всасывающей трубы (создающей частичный вакуум для всасывания жидкости) в насосе. Первое применение принципа двойного действия. Преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное посредством кривошипно-шатунного механизма. Всасывающий поршневой насос аль-Джазари мог поднимать воду на высоту 13,6 метров с помощью нагнетательных труб. Однако его эффективность не превосходила эффективность нории, широко используемой в мусульманском мире того времени.

Система водоснабжения

Аль-Джазари разработал самую раннюю систему водоснабжения, приводимую в действие шестернями и гидроэнергией, которая была построена в Дамаске в XIII веке для обеспечения водой мечетей и больниц Бимаристана. Система использовала воду из озера для вращения колеса с ковшами и систему шестерен, которая поднимала банки с водой к водопроводному каналу, ведущему к мечетям и больницам города.

Автоматы

Аль Джазари построил автоматизированных движущихся павлинов, приводимых в действие гидроэнергией. Он также создал автоматические двери как часть одних из его сложных водяных часов.

Марк Э. Росхайм резюмирует достижения в области робототехники, сделанные мусульманскими инженерами, особенно аль Джазари, следующим образом:

В отличие от греческих разработок, эти арабские примеры демонстрируют интерес не только к эффектным иллюзиям, но и к изменению окружающей среды для удобства человека. Таким образом, величайшим вкладом арабов, помимо сохранения, распространения и развития работ греков, стало понятие практического применения. Это был ключевой элемент, которого не хватало в греческой робототехнике.

Официантка, подающая напитки

Один из гуманоидных автоматов аль-Джазари представлял собой официантку, которая могла подавать воду, чай или другие напитки. Напиток хранился в резервуаре с отсеком, из которого он капал в ведро, а затем, через семь минут, в чашку. После этого официантка появлялась из автоматической двери, предлагая напиток.

Автомат для мытья рук с механизмом смывания

Аль-Джазари изобрел автомат для мытья рук, включающий в себя механизм смыва, который сейчас используется в современных унитазах. Это устройство является еще одним примером гуманоидных автоматов. Оно состояло из человеческой фигуры, выполненной из соединенных медных деталей, держащей в правой руке кувшин, напоминающий павлина. Кувшин сделан из латуни и содержит внутри себя камеру, разделенную металлической пластиной на две части. Этот механизм обеспечивал плавное изливание воды из носика, предотвращая разбрызгивание. Резервуар для воды расположен внутри правой стороны человеческой фигуры. В правый локоть фигуры вставлена ось, позволяющая жидкости выливаться из резервуара через носик кувшина. Левая рука фигуры имела фиксированный противовес, который поднимал и опускал руку, держащую полотенце, гребень и зеркало. Этот автомат был разработан, чтобы помогать королю во время совершения ритуального омовения. Слуга короля нес фигуру и ставил ее рядом с чашей для жидкости. Затем слуга поворачивал ручку на спине фигуры, которая открывала клапан, в результате чего вода из правой руки фигуры выливалась в чашу. Когда резервуар почти пустеет и большая часть воды вылита, активируется механизм, и левая рука фигуры, держащая полотенце, гребень и зеркало, вытягивается в сторону короля, чтобы он мог вытереться и привести в порядок бороду.

Фонтан-паук с автоматическими слугами

Вода и ее использование имеют особое значение в исламе, как неотъемлемая часть омовений перед молитвой – вуду и гусль, так и ключевой элемент исламских садов, где изображены четыре фонтана в Райском саду – исламском месте упокоения, упоминаемом в Коране. Кроме того, учитывая, что Месопотамия от природы подвержена засухам, машины, связанные с водой, играли важную роль как в духовном, так и в практическом смысле. Целый раздел «Книги знаний об гениальных механических устройствах» был посвящен фонтанным механизмам под названием: «О строительстве фонтанов, меняющих свою форму, и машин для вечной флейты». «Фонтан-павлин» Аль-Джазари представлял собой более сложное устройство для мытья рук, оснащенное гуманоидными автоматами в качестве слуг, предлагающих мыло и полотенца. Марк Э. Рошейм описывает его следующим образом: text=Вытягивание пробки из хвоста павлина высвобождает воду из клюва; по мере заполнения полого основания грязной водой из чаши поднимается поплавок и активирует механизм, заставляющий фигуру слуги появляться из-за дверцы под павлином и предлагать мыло. При использовании большего количества воды срабатывает второй поплавок на более высоком уровне и появляется вторая фигура слуги – с полотенцем! Чаша «фонтана-павлина» служила чашей для совершения вуду, и ею управлял слуга, который вытаскивал пробку и направлял клюв павлина, позволяя механизму выпускать воду в чашу перед пользователем. Однако, хотя движущиеся водой объекты, такие как «фонтан-павлин», имели ритуальное применение, есть предположение, что гидравлические механизмы, приводимые в движение водой, использовались и в мирских целях. Айхан Айтес предполагает, что многие из этих устройств также имели дополнительные функции, противоречащие божественному всемогуществу. Наиболее кощунственной целью нескольких его гидравлических и пневматических автоматов было как можно быстрее напоить гостей на вечеринках.

Музыкальная группа роботов

В трудах Аль-Джазари описываются фонтаны и музыкальные автоматы, в которых струя воды попеременно перетекала из одного большого резервуара в другой с интервалами в час или полчаса. Это достигалось благодаря его новаторскому применению гидравлической коммутации.

Водяные часы барабанщиков

Водные часы барабанщиков, отличающиеся от музыкальной группы роботов отсутствием куклы, играющей на флейте, и наличием вместо неё двух трубачей, состоят из семи деревянных сочленённых мужских фигур, включая упомянутых трубачей, двух кукол, играющих на тарелках, и остальных, играющих на других ударных инструментах. Механизм этого автомата служит часами, воспроизводя музыкальный сигнал каждый час, что демонстрирует способность Аль-Джазари создавать многофункциональные автоматы, сочетавшие практическое применение и развлечение. Движение автомата запускается на рассвете другой мужской куклой, стоящей на краю фриза, которая перемещается до точки, где резной сокол наклоняется вперёд и роняет шар из клюва на тарелку. Далее все механические элементы автомата приводятся в действие водой, серией поршней и тросов. Каждый час вода вытекает из главного резервуара, опрокидывая ведро, которое приводит в движение водяное колесо, соединённое с музыкантами. Автомат описывается как "исполняющий громкий звук, слышимый издалека" и способный исполнять несколько различных мелодий. Подобно многим другим автоматам Аль-Джазари, он был создан для развлечения гостей королевского дворца.

Часы

Аль-Джазари сконструировал множество водяных и свечных часов. Среди них – портативные водяные часы-писец, высотой в метр и шириной в полметра, которые были успешно реконструированы в Музее науки в 1976 году. Аль-Джазари также изобрел монументальные астрономические часы, приводимые в движение водой, демонстрировавшие движущиеся модели Солнца, Луны и звезд.

Свечные часы

По словам Дональда Хилла, аль-Джазари сконструировал самые сложные свечные часы, известные на сегодняшний день. Хилл описал один из свечных часов аль-Джазари так:

Часы слонов

Часы-слон, описанные аль-Джазари в 1206 году, примечательны несколькими нововведениями. Это были первые часы, в которых автомат приводился в действие через определенные промежутки времени (в данном случае, человекоподобный робот, ударяющий в тарелку, и механическая птица, издающая чириканье), и первые водяные часы, точно измерявшие течение часовых интервалов, чтобы соответствовать переменной продолжительности дня в течение года.

Часы замка

Самыми большими астрономическими часами Аль-Джазари были "замковые часы" – сложное устройство высотой около 3,3 метра, выполнявшее множество функций помимо определения времени. В него входили индикация знаков зодиака и орбит Солнца и Луны, а инновационной особенностью было устройство в виде серповидного указателя, который двигался по верхней части ворот, приводимый в движение скрытой тележкой, и заставлял автоматически открываться двери, за каждой из которых появлялся манекен, каждый час. Еще одной особенностью устройства были пять автоматов-музыкантов, которые автоматически играли музыку при движении рычагами, управляемыми скрытым кулачковым валом, соединенным с водяным колесом. Аль-Джазари изобрел водяные часы, приводимые в движение как водой, так и грузами. К ним относились часовые механизмы с зубчатой передачей и портативные водяные часы-писец высотой метр и шириной полметра. Писец с пером выполнял функцию часовой стрелки современных часов. Знаменитые водяные часы-писец Аль-Джазари были успешно реконструированы в Музее науки в Лондоне в 1976 году.

Миниатюрные картины

Наряду со своими достижениями как изобретателя и инженера, аль-Джазари был также талантливым художником. В книге «Книга знания гениальных механических устройств» он приводил инструкции к своим изобретениям и иллюстрировал их миниатюрными живописными изображениями, характерными для средневекового стиля исламского искусства.