Алексей Боголюбов - Творения рук человеческих (Естественная история машин)
Более определенно высказался в этом отношении Рене Декарт. Он прямо называл животное машиной, умолчав при этом о человеке: в его время нельзя было не только излагать подобные мысли, но и думать так было опасно. Однако идея подобия человека и машины или животного и машины продолжала развиваться. Некоторые высказывания в этом направлении можно найти, например, у доктора физики Роберта Гука. Известно также, что многие механики старались построить искусственное животное или искусственного человека, который обладал бы некоторыми функциями живого существа. При этом не забывали и о некотором .физиологическом подобии: механическая утка не только клевала зерно, но и имела пищеварительный тракт, через который удалялись «отходы».
Представляется несомненным и то, что первые чертежи творцов паровой машины, скорее, напоминали .схему какого-то процесса в животном организме, чем машину. И даже механизм, включающий пару — цилиндр — поршень, являлся не чем иным, как обращенным насосом, своеобразной разгадкой этого непонятно каким образом работающего насоса—сердца.
Механики искали не только новый вид машин, предназначенных для замены человеческой руки, но одновременно велись и поиски искусственного человека. Эти поиски, как известно, не увенчались успехом, но практической механике они дали многое. Были изучены возможности передаточных механизмов, управлявших отдельными движениями, начато построение машин автоматического действия.
Работы этого направления, как уже отмечалось, были теоретически обоснованы французским философом и врачом Жюльеном Ламетри, книга которого «Человек-машина» была строжайше запрещена церковью. Приблизительно к таким же выводам пришел видный немецкий врач, профессор медицины Фридрих Гофман, переработавший учение своих предшественников. По его мнению, человеческое тело представляет собой не что иное, как машину, которая приводится в движение непрерывной циркуляцией крови. Поэтому и жизнь — в полном смысле механическое явление, для пояснения которого необходимы и достаточны лишь законы механики. Прояснение физиологических процессов с точки зрения механики благодаря европейской известности этого ученого, несомненно, не могло не повлиять на находившуюся в процессе созидания науку о машинах вне зависимости от того, соглашались ли с ней те или иные ученые или нет. С этим обстоятельством были связаны и поиски двигателя, который смог бы заменить водяное колесо, но не был бы привязан к определенной местности.
Как и его предшественники, профессор медицины считал, что двигателем потока крови служит сердце. Но он вносил и некоторые коррективы в это утверждение: работа сердца направляется и регулируется движениями нервов. По его мнению, по нитям нервов пробегает некий флюид, своего рода эфир, или «дух жизни». Можно полагать, что эта теория возникла у него под влиянием идей Исаака Ньютона, который пояснял зрительные ощущения колебаниями эфира, распространяющимися вдоль нервов. Местоположением «духа жизни» считался головной мозг, который и управляет движениями мускулов, системой питания и всеми прочими функциями организма.
Подобное учение излагал и известный в Европе голландский врач, ботаник и химик Герман Бургаве. Он пояснял функции отдельных органов человека с точки зрения механики и сводил их к движениям разного рода, а структуру человеческого тела сводил к чисто механическим понятиям, составляя его из деталей и частей, которые обозначал терминами, заимствованными из механики.
Естественно, что все эти учения, которые к тому же поддерживали многие ученые, не могли не оказать влияния на развитие машиностроительной практики. На протяжении всего столетия шла интенсивная работа по изобретению многочисленных автоматов. Эта работа шла параллельно е изобретением новых технологических машин и в определенной степени была с' ней связана. Если можно было «выдумать» такие механизмы, которые могли бы заменить действие человеческих рук, то почему же нельзя было изобрести и сами руки, а вместе с ними и тело, управляющее ими?
Одним из известных механиков этого направления был француз Жак де Вокансон, построивший автомат «играющий флейтист», а затем ряд других автоматов.
Его «игрок» мог самостоятельно исполнять 12 пьес для флейты. При этом пальцы автомата воспроизводили достаточно точно движения реального музыканта. Изобретатель сконструировал также механический шелкоткацкий станок и, будучи инспектором королевских шелкоткацких мануфактур, значительно усовершенствовал механическое оборудование. Собранная им коллекция автоматов и механизмов была положена в основу созданной позже Парижской консерватории искусств и ремесел.
Большую известность получили также автоматы, которые построили швейцарские механики Пьер-Жак Дроз и его сын Анри-Луи Дроз. Дроз-отец построил «писца», движениями которого управляла сложная система кулачков, а Дроз-сын — «чертежника», который не только рисовал, но воспроизводил и другие движения. Совместно они создали механическую куклу — «девушку, игравшую на клавесине», которая поворачивала голову, двигала глазами, как бы следя за нотами, а закончивши игру, вставала и раскланивалась. Эти автоматы произвели большое впечатление на современников. •
Как уже говорилось, врач по профессии Жюльен Ламетри находил подобие и даже тождество между физиологией человека и «физиологией» часов. Принимая во внимание только механический аспект в поведении человека и животных, так же, как и некоторые другие современные ему врачи, он был далек от истины, но был прав в одном: поиски механиков следовало продолжить.
Но и без того они сделали немало. Если им и не удалось механически воспроизвести физиологические функции человека, тем не менее они впервые решили основную задачу автомата: разделили движения двигателя на целую серию частных движений и привели их в согласование, т. е. сделали то, что сейчас выполняется с помощью циклограммы. При этом им удалось решить и вторую важную задачу: они нашли тот тип механизма, при помощи которого удалось воспроизвести самые сложные по своему характеру движения, им оказался кулачковый механизм, иногда с очень сложной формой ведущего звена.
Таким образом, еще два века назад было решено несколько задач, относящихся к построению машин. Были созданы рабочие органы машин, которые смогли заменить движения человеческой руки, найдены схемы построения автоматов, работающих от одного ведущего звена, изобретена паровая машина, рабочим телом которой был пар, и найдена рациональная конструкция машины. Были поставлены и ближайшие задачи, связанные с улучшением работы механического оборудования вообще. Это повышение коэффициента полезного действия паровой машины, что повлекло за собой изучение свойств пара и его работы в машине, а также рост производительности рабочих машин, что в первую очередь требовало снижения трения в шарнирах и иных кинематических парах машин. Попытки решения первой проблемы привели к созданию термодинамики, второй — к разработке учения о трении.
В прошлом столетии наряду с развитием общей науки о машинах проводилось исследование в области и тех специальных наук, которые исследуют отдельные виды машин, их части, технические процессы. Машины все больше и больше внедряются в производство, принимая на себя значительную часть работы, выполняемой человеком. Появляются и такие машины, которые выполняют операции, вообще невозможные для человека. Естественно, что все это требовало более глубокого изучения процессов, происходящих в машинах. Если два века назад машины работали без помощи ученых, а их строители считали таковую помощь не только бесполезной, но и вредной, то в следующем столетии положение в корне меняется: научное образование постепенно становится обязательным для каждого квалифицированного инженера.
Приведение в движение машин с помощью воды, ветра, тепла и электричества. Даже когда была изобретена паровая машина, древнейшие водяные двигатели продолжают оставаться важным источником энергии. Продолжается исследование водяных колес и улучшается их конструкция.
Так, в первой четверти XIX в. математик и механик Жан Виктор Понселе представил Французской академии наук «Мемуар об улучшении теории и конструкции водяных колес», который и получил премию академии,
Дело заключалось в том, что во Франции того времени водяные колеса доставляли существенную часть энергии для промышленных предприятий. Как правило, механики, строившие колеса, применяли плоские лопатки: ученый предложил лопатки вогнутого типа и тем самым повысил полезное действие колес; его лопатки получили признание не только во Франции, но и за рубежом.
В середине прошлого века английский инженер Уильям Фэйрберн внес в водяное колесо дальнейшее совершенствование: он придал лопаткам форму" сосудов, в которые поступала вода. При дальнейшем вращении колеса вода полностью выливалась из лопаток. Такая конструкция лопаток на одну четверть увеличила отдачу колеса.