Алексей Боголюбов - Творения рук человеческих (Естественная история машин)

• Название: Творения рук человеческих (Естественная история машин)
• Автор: Алексей Боголюбов
• Издательство: Знание
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1988
• ISBN: 5-07-000028-4

История создания машин началась очень давно, и за две с половиной тысячи лет своего существования они прошли путь от элементарной водяной мельницы до машины автономного действия — робота, наделенного некоторыми способностями, присущими только человеку. Пользуясь биологической терминологией, можно сказать, что машины в процессе своего исторического развития непрерывно эволюционировали, и так как они созданы человеком и в определенном смысле моделируют движения его органов, то поиск общего между машинами и биологическими объектами оказывается совершенно правомерным, особенно при популярном изложении теории машин и механизмов.

---

Введение

Мы живем в окружении машин и так привыкли к ним, что не можем представить себе, как обойтись без этих многочисленных помощников, облегчающих наш труд, нашу жизнь. Далеко не всегда мы отдаем себе отчет о том, сколько самых разнообразных машин существует рядом с нами. Только немногие из них находятся перед нашими глазами, а сколько есть машин, о существовании которых мы и не предполагаем.

Что известно нам о машинах, с помощью которых были вытканы ткани, выпечен хлеб, упакованы консервы, напечатаны книги и журналы! А эти машины непосредственно связаны с другими—теми, благодаря которым они сами появились на свет. Каждый год, каждый день инженеры-конструкторы работают над созданием новых машин, совершенствуют и реконструируют старые. Иногда мы узнаем об этом, читая газеты и журналы или же слушая радио- и телепередачи. «Царство» машин растет, и нам иногда становится не по себе, когда мы обнаруживаем, что тихие и спокойные доселе улицы оказываются буквально запруженными бесконечным потоком автомашин.

Со времени своего появления машины облегчали труд человека и заменяли силу домашних животных. Уже на нашей памяти человек начал обучать машины сложнейшим логическим операциям, но старшее поколение еще помнит такие города и такие села, где машина была редкостью. Возьмем, например, жизнь украинского села в 20-х годах нашего века. В то время жители села пользовались лишь ветряной мельницей, плугом, сеялкой и веялкой, ткацким станком, гончарным кругом. Изредка летом в село привозили молотилку и локомобиль, и все мальчишки (среди которых был и автор книги) мчались смотреть на «машину». Учитель природоведения или физики приводил своих учеников на выгон, где была установлена «машина», и объяснял принцип работы лэкомобиля. Все это было очень интересно.

Паровоз с вагонами можно было увидеть на ближайшей железнодорожной станции; в уездном городе работали паровая машина и маслобойка. Изредка по дороге тарахтел автомобиль. О тракторах в селе тогда и не слыхали.

Наиболее известным механизмом были часы, висевшие в школе. У двоих xoз^eв побогаче имелись настенные часы с гирями и раскрашенным циферблатом. Время по тем и другим былэ можно узнавать лишь приблизительно, поскольку цыи они по-разному. Кроме того, у врача были карманные часы, на них можно было смотреть, как они отсчитывают время, но открыть их, чтобы посмотреть, как они работают, никто и не отважился бы: часы могли остановиться. Что тогда с ними делать? Ведь часовщика в селе не было!

Вспомним, как же родились те машины и те механизмы, о которых только что шла речь. В жизни мы встречаемся с растениями и животными, небом и звездами, песком и камнями, наконец, с искусственными сооружениями, созданными гением человека. Живую природу изучают биологические науки, неживую — науки о земле. Какое же место занимает среди них наука или, скорее, науки о машинах?

Если бегло взглянуть на историю создания машин, то можно обнаружить, что т задачи с течением времени менялись. Первые машины служили для замены физической силы человека. Естественно, они менялись, совершенствовались, создавались заново, но на протяжении приблизительно двух тысяч лет машины другой более важной задачи и не имели.

Но вот в начале XVIII в. появляются машины, которые заменяют не только физическую силу человека, но и его мастерство, его умение. Это не означало, что они вытеснили первую группу машин: простейшие механизмы продолжали совершенствоваться, причем под влиянием и с помощью машин второго типа все убыстряющимися темпами, но машины нового типа стали ведущими в развитии производства.

Так было приблизительно до второй трети XX в., когда появились машины, выполняющие некоторые логические операции, ранее доступные только человеку. И опять-таки на фоне их развития машины первого и второго типов получают как бы новый импульс: они изменяются по размерам и качественно, как бы стараясь <приноровиться» к машинам нового поколения. Появляются и такие машины, которые объединяют в себе физическую мощь, высокое умение и способность к выбору наилучшего пути решения тех или иных практических задач.

И сразу же возникает вопрос: что обеспечило столь быстрое развитие машиностроения? Ведь привычные объекты неживой природы в течение довольно длительного времени остаются неизменными или медленно изменяются под влиянием внешних сил естественного происхождения (а иногда и под влиянием деятельности человека). Растительные и животные организмы эволюционируют на протяжении весьма длительного времени, и лишь иногда человеку удается изменить их природу. Наоборот, машины развиваются чрезвычайно быстро. Сам человек развивался, вероятно, не менее двух миллионов лет, а вся история машин укладывается только в два с половиною тысячелетия.

Если углубиться в историю создания машин, то можно обнаружить еще одно обстоятельство, немаловажное для ее понимания. По словам Фридриха Энгельса, именно развитие руки как прообраза всех орудий труда стало важнейшим событием в процессе становления человека. По-видимому, многократно и у разных народов возникала мысль о том, что для некоторых операций, будь то строительство, будь то охота или военные действия, силы человека недостаточно. Поэтому люди начинают использовать силу домашних животных или же силу ветра и воды. Характерный пример—изобретение мельницы, побудительной причиной которого послужило то, что измельчение зерна с помощью терок было чрезвычайно трудоемким процессом. В качестве второго примера можно привести изобретение лука и пращи, тех новых орудий труда или простейших машин, которые увеличили возможности человека, бросающего дротик или камень.

Эти два примера показывают, что механическая сущность орудий и машин как бы имеет еще и биологический характер: орудия труда являются усовершенствованными органами движения человека. Подобное «сродство» между машинами и живыми организмами, особенно с человеком, было заметно или, точнее, почувствовано давно, почти одновременно с изобретением машин.

Утверждают, что письменному тексту «Илиады» Гомера две с половиной тысячи лет, т. е. ровно столько, сколько, вероятно, и машинам. Так вот в тексте поэмы есть упоминание о том, как бог кузнечного дела Гефест пытался сгладить свою хромоту с помощью механических приспособлений.

Мечта о возможности воссоздания человеческого тела повторяется и после Гомера. Так, в десятой книге «Метаморфоз» Овидий Пересказывает старинную легенду о скульпторе Пигмалионе, который изваял статую прекрасной девушка и влюбился в нее: по его просьбе богиня любви Афродита вдохнула в нее жизнь.

Известно, что друг знаменитого философа Платона философ-пифагореец и военачальник Архит Тарентский сделал ряд открытий в естествознании и механике. Ему, например, приписывается устройство механического голубя, который мог летать. Все это соответствовало тому понятию о машине, которое было свойственно мыслителям античного времени, а затем и средневековья. Предполагалось, что машина составлена из частей (деревянных), которые обладают свойством движения. Так, средневековые алхимики мечтали о создании гомункулюса — «человечка», который мог достигать и огромных размеров, подобно средневековому пражскому Голему.

Определенные черты сходства между организмами и машинами видел и великий математик Рене Декарт. В первой половине XVII в. он высказал дерзкую для своего времени мысль о том, что животные — это машины. По его мнению, автоматы или машины можно создать с помощью костей, мускулов, нервов, артерий, вен и всех других частей, которые находятся в теле каждого животного. Были сделаны и попытки применить законы механики к пояснению некоторых жизненных явлений. Современник Декарта выдающийся английский врач и физиолог Уильям Гарвей пытался определить течение крови по сосудам в соответствии с законами механики того времени. Он сравнивал сердце с гидравлической машиной.

Научное направление, которое возникло в XVI— XVII вв. на стыке физиологии и механики, получило название ятромеханики. Так, врач и математик Джованни Борелли, будучи профессором Мессинского университета, написал трактат «О движении животных» (изданный посмертно в последней четверти XVII в). В нем он описал строение, форму, действие и силу мышц человека и животных и изложил учение о их движениях. По его мнению, физиологические явления можно объяснить с помощью механических аналогий. Идеи ятромеханики не остались в стороне от развития науки, и можно проследить три основных направления, имеющих своим источником ятромеханические рассуждения.

Первое из них было представлено некоторыми работами русских академиков Леонарда Эйлера и Даниила Бернулли, применивших законы механики и методы математики к исследованию некоторых физиологических явлений. В сущности, от этих работ, выполненных в середине XVIII в., ведет свое начало биомеханика, которая, в частности, занимается механикой человеческого тела и которая внесла заметный вклад в создание роботов и манипуляторов.