Элиша Грей: Изобретатель и пионер электротехники

Введение

Элиша Грей (2 августа 1835 – 21 января 1901) – американский инженер-электрик, соучредитель Western Electric Manufacturing Company. Грей наиболее известен разработкой прототипа телефона в 1876 году в Хайленд-парке, штат Иллинойс. Некоторые современные авторы утверждают, что Грей следует считать истинным изобретателем телефона, поскольку Александр Грэм Белл предположительно украл у него идею жидкостного передатчика. Хотя Грей использовал жидкостные передатчики в своих телефонных экспериментах более двух лет до этого, патент Белла на телефон был подтвержден в многочисленных судебных решениях. Грей также считается отцом современного музыкального синтезатора и получил более 70 патентов на свои изобретения. Он был одним из основателей Graybar и вскоре после основания компании приобрел в ней контрольный пакет акций.

Биография и ранние изобретения

Грей родился в Барнсвилле, штат Огайо, сыном Кристианы (Эджертон) и Дэвида Грея. Его семья принадлежала к обществу квакеров. Он вырос на ферме. Несколько лет он проучился в Оберлинском колледже, где экспериментировал с электрическими устройствами. Хотя Грей не окончил колледж, он преподавал там электричество и науку, а также строил лабораторное оборудование для естественнонаучных факультетов. В 1862 году, находясь в Оберлине, Грей встретил и женился на Делии Минерве Шепард. В 1865 году Грей изобрел саморегулирующийся телеграфный реле, который автоматически адаптировался к изменяющемуся сопротивлению изоляции телеграфной линии. В 1867 году Грей получил патент на это изобретение – первый из более чем семидесяти. В 1869 году Элиша Грей и его партнер Энос М. Бартон основали компанию Gray & Barton Co. в Кливленде, штат Огайо, для поставки телеграфного оборудования гигантской компании Western Union Telegraph Company. Позднее бизнес по распределению электроэнергии был выделен в отдельную компанию – Graybar Electric Company, Inc. Бартон был нанят Western Union для изучения и тестирования новых продуктов. В 1870 году финансирование компании Gray & Barton Co. было организовано генералом Ансоном Стейджером, руководителем Western Union Telegraph Company. Стейджер стал активным партнером Gray & Barton Co. и остался в совете директоров. Компания переехала в Чикаго, недалеко от Хайленд-парка. Позже Грей оставил свою административную должность главного инженера, чтобы сосредоточиться на изобретениях, которые могли бы принести пользу телеграфной отрасли. Изобретения и патентные расходы Грея финансировал стоматолог доктор Сэмюэл С. Уайт из Филадельфии, заработавший состояние на производстве фарфоровых зубов. Уайт хотел, чтобы Грей сосредоточился на акустическом телеграфе, который обещал огромную прибыль, а не на, казалось бы, бесперспективных конкурирующих изобретениях, таких как телефон. В 1876 году Уайт принял решение перенаправить интерес Грея к телефону. В 1870 году Грей разработал игольный сигнализатор для отелей и другой для лифтов. Он также разработал микрофонный принтер с клавиатурой пишущей машинки, который печатал сообщения на бумажной ленте. В 1871 году Великий Чикагский пожар разрушил город и его телеграфную инфраструктуру, и Gray & Barton были наняты для ее восстановления. В 1872 году Western Union, финансируемая Вандербильтами и Дж. П. Морганом, приобрела треть компании Gray & Barton Co. и переименовала ее в Western Electric Manufacturing Company of Chicago. Грей продолжал изобретать для Western Electric. В 1874 году Грей ушел в отставку, чтобы заниматься независимыми исследованиями и разработками. Грей подал заявку на патент на гармонический телеграф, состоящий из многотоновых передатчиков, каждый тон которых контролировался отдельным телеграфным ключом. В мае и июне 1874 года Грей провел несколько частных демонстраций этого изобретения в Нью-Йорке и Вашингтоне. Грей был одним из основателей пресвитерианской церкви в Хайленд-парке, штат Иллинойс. В церкви 29 декабря 1874 года Грей впервые публично продемонстрировал свое изобретение для передачи музыкальных тонов и передал "знакомые мелодии по телеграфному проводу", как сообщалось в газетах. Это был один из первых электрических музыкальных инструментов, использующий вибрирующие электромагнитные цепи, которые были однонотными генераторами, управляемыми двухоктавной клавиатурой фортепиано. В "Музыкальном телеграфе" использовались стальные язычки, колебания которых создавались электромагнитами и передавались по телеграфному проводу. Грей также построил простой динамик в более поздних моделях, состоящий из вибрирующей диафрагмы в магнитном поле, чтобы сделать звуки генератора слышимыми и громче на принимающем конце. В 1900 году Грей работал над подводным сигнальным устройством. После его смерти в 1901 году изобретение было передано Оберлинскому колледжу. Спустя несколько лет он был признан изобретателем подводного сигнального устройства. 27 июля 1875 года Грей получил патент на "Электрический телеграф для передачи музыкальных тонов" (акустическую телеграфию). Его эксперименты с передачей музыкальных тонов продолжились, и 15 февраля 1876 года Элише Грей получил патент США на электрогармонический телеграф с клавиатурой фортепиано. В 1878 году он был избран членом Американского философского общества. 31 июля 1888 года Грей запатентовал телеавтограф – аналоговый предшественник современного факса. В патенте Грея указывалось, что телеавтограф позволит "передавать собственный почерк в отдаленную точку по двухпроводной цепи". Это была первая машина для факсимильного копирования, в которой перо управлялось горизонтальными и вертикальными планками. Телеавтограф был впервые публично представлен на Всемирной Колумбийской выставке 1893 года, проходившей в Чикаго.

Gray was born in Barnesville, Ohio, the son of Christiana (Edgerton) and David Gray. His family were Quakers. He was brought up on a farm. He spent several years at Oberlin College where he experimented with electrical devices. Although Gray did not graduate, he taught electricity and science there and built laboratory equipment for its science departments. In 1862, while at Oberlin, Gray met and married Delia Minerva Shepard. In 1865, Gray invented a self adjusting telegraph relay that automatically adapted to varying insulation of the telegraph line. In 1867 Gray received a patent for the invention, the first of more than seventy. In 1869, Elisha Gray and his partner Enos M. Barton founded Gray & Barton Co. in Cleveland, Ohio to supply telegraph equipment to the giant Western Union Telegraph Company. The electrical distribution business was later spun off and organized into a separate company, Graybar Electric Company, Inc. Barton was employed by Western Union to examine and test new products. In 1870, financing for Gray & Barton Co. was arranged by General Anson Stager, a superintendent of the Western Union Telegraph Company. Stager became an active partner in Gray & Barton Co. and remained on the board of directors. The company moved to Chicago near Highland Park. Gray later gave up his administrative position as chief engineer to focus on inventions that could benefit the telegraph industry. Gray's inventions and patent costs were financed by a dentist, Dr. Samuel S. White of Philadelphia, who had made a fortune producing porcelain teeth. White wanted Gray to focus on the acoustic telegraph which promised huge profits instead of what appeared to be unpromising competing inventions such as the telephone. White made the decision in 1876 to redirect Gray's interest in the telephone. In 1870, Gray developed a needle annunciator for hotels and another for elevators. He also developed a microphone printer which had a typewriter keyboard and printed messages on paper tape. In 1871 the Great Chicago Fire destroyed the city and its telegraph infrastructure, Gray & Barton was hired to rebuild it. In 1872, Western Union, then financed by the Vanderbilts and J. P. Morgan, bought one third of Gray and Barton Co. and changed the name to Western Electric Manufacturing Company of Chicago. Gray continued to invent for Western Electric. In 1874, Gray retired to do independent research and development. Gray applied for a patent on a harmonic telegraph which consisted of multi tone transmitters, that controlled each tone with a separate telegraph key. Gray gave several private demonstrations of this invention in New York and Washington, D. C. in May and June 1874. Gray was a charter member of the Presbyterian Church in Highland Park, Illinois. At the church, on December 29, 1874, Gray gave the first public demonstration of his invention for transmitting musical tones and transmitted "familiar melodies through telegraph wire" according to a newspaper announcement. This was one of the earliest electric musical instruments using vibrating electromagnetic circuits that were single note oscillators operated by a two octave piano keyboard. The "Musical Telegraph" used steel reeds whose oscillations were created by electromagnets and transmitted over a telegraph wire. Gray also built a simple loudspeaker in later models consisting of a vibrating diaphragm in a magnetic field to make the oscillator tones audible and louder at the receiving end. In 1900 Gray worked on an underwater signaling device. After his death in 1901 officials gave the invention to Oberlin College. A few years later he was recognized as the inventor of the underwater signaling device. On July 27, 1875, Gray was granted for "Electric Telegraph for Transmitting Musical Tones" (acoustic telegraphy). His experiments with transmitting musical tones went further, and on February 15, 1876 Elisha Grey was granted US Patent for electro harmonic telegraph with piano keyboard. He was elected as a member to the American Philosophical Society in 1878. On July 31, 1888, Gray patented the telautograph, an analog precursor to the modern fax machine. Gray's patent stated that the telautograph would allow "one to transmit his own handwriting to a distant point over a two wire circuit." It was the first facsimile machine in which the stylus was controlled by horizontal and vertical bars. The telautograph was first publicly exhibited at the 1893 World's Columbian Exposition held in Chicago.

Телефон

Из-за противодействия Сэмюэля Уайта работе Грея над телефоном, Грей никому не сообщил о своем изобретении для передачи звуков голоса до 11 февраля 1876 года (пятницы). Единственным сохранившимся доказательством является рисунок, сделанный им в тот день. Грей попросил своего патентного поверенного Уильяма Д. Болдуина подготовить "предупреждение" (caveat) для подачи в Патентное ведомство США. Предупреждение было подобно предварительной патентной заявке, включающей чертежи и описание, но без запроса на экспертизу. В понедельник утром, 14 февраля 1876 года, Грей подписал и заверел нотариально предупреждение, описывающее телефон с использованием жидкостного передатчика. Затем Болдуин подал это предупреждение в Патентное ведомство США. В то же утро поверенный Александра Грэма Белла подал патентную заявку Белла. Вопрос о том, какая заявка поступила первой, является предметом ожесточенных споров, хотя Грей считал, что его предупреждение поступило на несколько часов раньше заявки Белла. Поверенные Белла в Вашингтоне, округ Колумбия, ожидали с патентной заявкой Белла в течение нескольких месяцев, получив указание не подавать ее в США до подачи в Великобритании. (В то время Великобритания выдавала патенты только на открытия, которые ранее не были запатентованы где-либо еще.) По словам Эвенсона, в выходные дни 12–14 февраля 1876 года, до подачи предупреждения или заявки в патентное ведомство, поверенный Белла узнал об идее жидкостного передатчика из предупреждения Грея, которое должно было быть подано рано утром в понедельник, 14 февраля. Затем поверенный Белла добавил семь предложений, описывающих жидкостный передатчик и требование о переменном сопротивлении, в проект заявки Белла. После того, как клерк поверенного переписал проект в виде окончательной патентной заявки, поверенный Белла доставил готовую заявку в патентное ведомство незадолго до полудня в понедельник, через несколько часов после того, как предупреждение Грея было доставлено поверенным Грея. Поверенный Белла попросил немедленно зарегистрировать заявку Белла и передать ее экзаменатору в понедельник, чтобы впоследствии Белл мог утверждать, что она поступила первой. В это время Белл находился в Бостоне и не знал, что его заявка была подана. Через пять дней, 19 февраля, Зенас Фиск Уилбер, патентный экзаменатор, рассматривавший как заявку Белла, так и предупреждение Грея, заметил, что заявка Белла претендует на ту же характеристику переменного сопротивления, описанную в предупреждении Грея. Уилбер приостановил рассмотрение заявки Белла на 90 дней, чтобы дать Грею время подать конкурирующую патентную заявку. Приостановка также дала Беллу время внести изменения в свои требования, чтобы избежать коллизии с более ранней патентной заявкой Грея, в которой упоминалось изменение интенсивности электрического тока без разрыва цепи, что, по мнению экзаменатора, представляло собой "волновой ток", на который претендовал Белл. Такая коллизия задержала бы рассмотрение заявки Белла до тех пор, пока Белл не предоставит доказательства, в соответствии с правилом "первого изобретателя", что Белл изобрел эту функцию раньше Грея. Поверенный Белла отправил телеграмму Беллу, который все еще находился в Бостоне, с просьбой приехать в Вашингтон. Когда Белл прибыл 26 февраля, он посетил своих поверенных, а затем экзаменатора Уилбера, который сообщил Беллу, что предупреждение Грея демонстрирует жидкостный передатчик, и попросил Белла предоставить доказательства того, что идея жидкостного передатчика (описанная в патентной заявке Белла как использование ртути в качестве жидкости) была изобретена Беллом. Белл указал на заявку Белла, поданную годом ранее, где ртуть использовалась в выключателе. Экзаменатор принял этот аргумент, хотя ртуть не работала бы в телефонном передатчике. 29 февраля поверенный Белла представил поправку к требованиям Белла, которая отличала их от предупреждения Грея и более ранней заявки Грея. 3 марта Уилбер одобрил заявку Белла, а 7 марта 1876 года номер 174 465 был опубликован Патентным ведомством США. Белл вернулся в Бостон и возобновил работу 9 марта, нарисовав в своей лабораторной тетради схему водопередатчика, используемого нижней стороной вверх, очень похожую на ту, что показана в предупреждении Грея. 10 марта Белл и Уотсон построили и протестировали жидкостный передатчик, который успешно передал четкую речь: "Мистер Уотсон, подойдите сюда, я хочу вас видеть". Записи Белла стали общедоступными, когда они были переданы в Библиотеку Конгресса в 1976 году. Хотя Белла обвиняли в краже телефона у Грея, поскольку его конструкция жидкостного передатчика была похожа на конструкцию Грея, документы в Библиотеке Конгресса указывают на то, что Белл интенсивно использовал жидкостные передатчики в течение трех лет в своих многочисленных экспериментах с телеграфом и другими устройствами. В апреле 1875 года, за десять месяцев до предполагаемой кражи конструкции Грея, Патентное ведомство США выдало патент 161 739 Беллу на примитивный факсимильный аппарат, который он назвал "автографным телеграфом". Чертеж к патенту включает жидкостные передатчики. После марта 1876 года Белл и Уотсон сосредоточились на совершенствовании электромагнитного телефона и больше не использовали жидкостный передатчик в публичных демонстрациях или коммерческом использовании. Хотя Грей отказался от своего предупреждения, он подал заявку на патент на то же изобретение в конце 1877 года. Это поставило его во вторую коллизию с патентами Белла. Патентное ведомство установило: "Хотя Грей, несомненно, первым задумал и раскрыл изобретение [переменного сопротивления], как в своем предупреждении от 14 февраля 1876 года, его бездействие, не приведшее к завершению до тех пор, пока другие не продемонстрировали полезность изобретения, лишает его права на его рассмотрение". Грей все равно оспорил патент Белла, и после двух лет судебных разбирательств Белл получил права на изобретение, и, следовательно, ему приписывают его изобретение. В 1886 году Уилбер заявил в показаниях под присягой, что он был алкоголиком и сильно задолжал поверенному Белла Марселлусу Бейли, с которым Уилбер служил во время Гражданской войны. Уилбер заявил, что, вопреки правилам Патентного ведомства, он показал Бейли предупреждение, поданное Греем. Он также заявил, что показал предупреждение Беллу, и Белл дал ему 100 долларов. Белл свидетельствовал, что они обсуждали патент лишь в общих чертах, хотя в письме к Грею Белл признал, что узнал некоторые технические детали. Показания Уилбера противоречили его предыдущим показаниям, и историки отметили, что его последнее показание было составлено для него адвокатами компании Pan Electric Company, которая пыталась украсть патенты Белла и позже была обнаружена подкупающей генерального прокурора США Августа Гарланда и нескольких конгрессменов. Патент Белла был оспорен в 1888 году адвокатом Лисандером Хиллом, который обвинил Уилбера в том, что он разрешил Беллу или его поверенному Поллоку добавить рукописную примечание на полях из семи предложений в заявку Белла, описывающее альтернативную конструкцию, аналогичную жидкостному микрофону Грея. Однако примечание на полях было добавлено только в более ранний проект Белла, а не в его патентную заявку, где эти семь предложений уже присутствуют в абзаце. Белл свидетельствовал, что добавил эти семь предложений на полях более раннего проекта своей заявки "почти в последний момент перед отправкой ее в Вашингтон" своим поверенным. Белл или его поверенный не могли добавить семь предложений в заявку после ее подачи в Патентное ведомство, поскольку тогда заявка не была бы приостановлена.

Because of Samuel White's opposition to Gray working on the telephone, Gray did not tell anybody about his invention for transmitting voice sounds until February 11, 1876 (Friday). The only remaining proof is a drawing he made on that day. Gray requested that his patent lawyer William D. Baldwin prepare a "caveat" for filing at the US Patent Office. A caveat was like a provisional patent application with drawings and description but without a request for examination. On Monday morning February 14, 1876, Gray signed and had notarized the caveat that described a telephone that used a liquid transmitter. Baldwin then submitted the caveat to the US Patent Office. That same morning a lawyer for Alexander Graham Bell submitted Bell's patent application. Which application arrived first is hotly disputed, although Gray believed that his caveat arrived a few hours before Bell's application. Bell's lawyers in Washington, DC, had been waiting with Bell's patent application for months, under instructions not to file it in the USA until it had been filed in Britain first. (At the time, Britain would only issue patents on discoveries not previously patented elsewhere.) According to Evenson, during the weekend of February 12–14, 1876, before either caveat or application had been filed in the patent office, Bell's lawyer learned about the liquid transmitter idea in Gray's caveat that would be filed early Monday morning February 14. Bell's lawyer then added seven sentences describing the liquid transmitter and a variable resistance claim to Bell's draft application. After the lawyer's clerk recopied the draft as a finished patent application, Bell's lawyer hand delivered the finished application to the patent office just before noon Monday, a few hours after Gray's caveat was delivered by Gray's lawyer. Bell's lawyer requested that Bell's application be immediately recorded and hand delivered to the examiner on Monday so that later Bell could claim it had arrived first. Bell was in Boston at this time and was not aware that his application had been filed. Five days later, on February 19, Zenas Fisk Wilber, the patent examiner for both Bell's application and Gray's caveat, noticed that Bell's application claimed the same variable resistance feature described in Gray's caveat. Wilber suspended Bell's application for 90 days to give Gray time to submit a competing patent application. The suspension also gave Bell time to amend his claims to avoid an interference with an earlier patent application of Gray's that mentioned changing the intensity of the electric current without breaking the circuit, which seemed to the examiner to be an "undulatory current" that Bell was claiming. Such an interference would delay Bell's application until Bell submitted proof, under the first to invent rules, that Bell had invented that feature before Gray. Bell's lawyer telegraphed Bell, who was still in Boston, to come to Washington, DC. When Bell arrived on February 26, Bell visited his lawyers and then visited examiner Wilber who told Bell that Gray's caveat showed a liquid transmitter and asked Bell for proof that the liquid transmitter idea (described in Bell's patent application as using mercury as the liquid) was invented by Bell. Bell pointed to an application of Bell's filed a year earlier where mercury was used in a circuit breaker. The examiner accepted this argument, although mercury would not have worked in a telephone transmitter. On February 29, Bell's lawyer submitted an amendment to Bell's claims that distinguished them from Gray's caveat and Gray's earlier application. On March 3, Wilber approved Bell's application and on March 7, 1876, 174,465 was published by the U. S. Patent Office. Bell returned to Boston and resumed work on March 9, drawing a diagram in his lab notebook of a water transmitter being used face down, very similar to that shown in Gray's caveat. Bell and Watson built and tested a liquid transmitter design on March 10 and successfully transmitted clear speech saying "Mr. Watson – come here – I want to see you." Bell's notebooks became public when they were donated to the Library of Congress in 1976. Although Bell has been accused of stealing the telephone from Gray because his liquid transmitter design resembled Gray's, documents in the Library of Congress indicate that Bell had been using liquid transmitters extensively for three years in his multiple telegraph and other experiments. In April, 1875, ten months before the alleged theft of Gray's design, the U. S. Patent Office granted 161,739 to Bell for a primitive fax machine, which he called the "autograph telegraph." The patent drawing includes liquid transmitters. After March 1876, Bell and Watson focused on improving the electromagnetic telephone and never used Gray's liquid transmitter in public demonstrations or commercial use. Although Gray had abandoned his caveat, Gray applied for a patent for the same invention in late 1877. This put him in a second interference with Bell's patents. The Patent Office determined, "while Gray was undoubtedly the first to conceive of and disclose the [variable resistance] invention, as in his caveat of February 14, 1876, his failure to take any action amounting to completion until others had demonstrated the utility of the invention deprives him of the right to have it considered." Gray challenged Bell's patent anyway, and after two years of litigation, Bell was awarded rights to the invention, and as a result, Bell is credited as the inventor. In 1886, Wilber stated in an affidavit that he was an alcoholic and deeply in debt to Bell's lawyer Marcellus Bailey with whom Wilber had served in the Civil War. Wilber stated that, contrary to Patent Office rules, he showed Bailey the caveat Gray had filed. He also stated that he showed the caveat to Bell and Bell gave him $100. Bell testified that they only discussed the patent in general terms, although in a letter to Gray, Bell admitted that he learned some of the technical details. Wilber's affidavit contradicted his earlier testimony, and historians have pointed out that his last affidavit was drafted for him by the attorneys for the Pan Electric Company which was attempting to steal the Bell patents and was later discovered to have bribed the U. S. Attorney General Augustus Garland and several Congressmen. Bell's patent was disputed in 1888 by attorney Lysander Hill who accused Wilber of allowing Bell or his lawyer Pollok to add a handwritten margin note of seven sentences to Bell's application that describe an alternate design similar to Gray's liquid microphone design. However, the marginal note was added only to Bell's earlier draft, not to his patent application that shows the seven sentences already present in a paragraph. Bell testified that he added those seven sentences in the margin of an earlier draft of his application "almost at the last moment before sending it off to Washington" to his lawyers. Bell or his lawyer could not have added the seven sentences to the application after it was filed in the Patent Office, because then the application would not have been suspended.