Od pomysłowego Greka do maszyny, która sama liczy

Obecnie żyjemy w czasach, gdy maszyny z powodzeniem zastępują ludzi w fabrykach, komputery zarządzają niewyobrażalną ilością procesów i gdyby ktoś nagle zabrał nam to wszystko – śmiało można powiedzieć, że nasza zachodnia cywilizacja ległaby w gruzach. Dziś bliżej nam do wizji rodem z filmów science fiction niż do obrazu cywilizacji, w której rozumne, dwunożne istoty pomnażają swój dobrobyt pracą własnych rąk. Nie ciekawi Cię jednak, jak to wszystko się zaczęło? Jeśli tak – zachęcamy do lektury!

Pierwsze automaty

Udokumentowana historia automatyki rozpoczyna się w starożytnej Grecji. W okresie hellenistycznym (IV-I w. p.n.e.) największym ośrodkiem naukowym, który skupiał antycznych inżynierów, była Aleksandria. Najdawniejszy automat o znanej dziś dokładnie zasadzie działania był wynalazkiem Ktesibiosa. Służył do regulacji przepływu wody w wyjątkowo dokładnym zegarze wodnym. Podstawą działania mechanizmu był pływak – taki sam, jaki wykorzystujemy obecnie w spłuczkach do toalet.

Również w Aleksandrii działał Heron (I w. n.e.), który wykonał świątynny automat na monety. Jego działanie opierało się na schemacie funkcjonowania stworzonych 300 lat wcześniej przez Filona z Bizancjum dozowników do wina oraz wody, wykorzystywanych na przyjęciach.

Aleksandria, łącznie ze wspaniałą biblioteką naukową, została zniszczona i splądrowana podczas najazdu arabskiego w połowie VII w. Mimo to Arabowie przejęli część dziedzictwa hellenistycznej myśli technicznej, kontynuując konstruowanie zegarów wodnych oraz prostych urządzeń opartych o zasadę działania sprzężenia zwrotnego.

Zegar mechaniczny

Za wynalazców wykorzystywanego do dziś mechanizmu zegarowego uchodzą chińscy inżynierowie Liang Lingzan i Yi Xing (VIII w.). Z kolei pod koniec XI w. Su Song udoskonalił mechanizm w swojej imponującej wieży zegarowej, wyposażonej w zmyślne automaty o postaci figurek, które sygnalizowały upływ czasu.

W Europie wynalazcą zegara jest późniejszy papież Sylwester II (X w.). Początkowo mechanizm ten wykorzystywany był najprawdopodobniej wyłącznie w klasztorach do ustalania godzin kanonicznych. Można tu jeszcze wspomnieć, że w XV w. pojawiły się rozbudowane zegary astronomiczne, które oprócz godzin wskazywały również znaki zodiaku, wędrówkę słońca i księżyca, daty świąt kościelnych, a także zaopatrzone były w ruchome figurki.

Warto wspomnieć na marginesie, że dopiero pod koniec XVIII w.  Abraham-Louis Breguet wynalazł system sprzężenia zwrotnego z zamkniętą pętlą, który zastosował do synchronizacji pracy zegarków kieszonkowych. Mechanizm ten zwany jest wahadłem sympatycznym.

„Wieki Ciemne”

Co prawda długą epokę średniowiecza uznać można za okres regresu technologicznego w stosunku do antyku, nie należy jednak umniejszać zasług żyjących ówcześnie wynalazców. W XIII w. popularne były „androidy”, czyli automaty naśladujące wyglądem oraz sposobem poruszania się ludzi, a także zwierzęta. Ich twórcą byli między innymi Roger Bacon i Albert Wielki.

Epoka Odrodzenia

Renesans przyniósł powrót do tradycji antyku i rozkwit myśli inżynieryjnej. Niewątpliwie najwybitniejszym wynalazcą tego okresu jest Leonardo da Vinci (XV-XVI w.), który swoją myślą wyprzedził możliwości techniczne własnej epoki. Wśród jego nowatorskich projektów znalazły się między innymi: aparat do nurkowania, łódź podwodna, rower, rodzaj samochodu napędzanego mechanizmem sprężynowym, helikopter czy lotnia. Jest on również ojcem wielu wykorzystywanych do dziś mechanizmów, takich jak: pompa odśrodkowa, łożyska kulkowe, zawory pomp czy przekładnia ślimakowa.

W połowie XV w. weszły do użytku sprężyny śrubowe z hartowanej stali, co zapewniło automatom niezwykle praktyczne źródło ruchu. Wprawiały one w ruch chociażby modne wówczas ozdobne zegary stołowe w kształcie okrętów.

„Magiczne Automaty”

XVIII wiek przyniósł popularność skomplikowanych machin, skonstruowanych wyłącznie dla rozrywki możnych. Jacques de Vaucanson słynie z serii opracowanych przez siebie kunsztownych mechanizmów, z których najbardziej znanym jest kaczka. Mechaniczny ptak naśladował swój pierwowzór, poruszając się, pływając po wodzie, wydając dźwięki, jedząc, a nawet wydalając!

Pierre Jaquet-Droz był z kolei szwajcarskim zegarmistrzem, który wykonywał wyrafinowane androidy o skomplikowanym działaniu. Były one w stanie grać zaprogramowane melodie czy odtwarzać zakodowane rysunki. Najbardziej złożony z tych mechanizmów to pisarz, który dzięki systemowi krzywek jest w stanie napisać tekst do 40 liter (znaki pisarskie kodowane są na kole i odpowiednio wybierane). Wspomniane automaty istnieją do dziś i można je podziwiać w muzeum w Neuchatel.

Rozwój automatyki przemysłowej

Podczas gdy jedni wynalazcy zabawiali arystokratów, inni tworzyli podwaliny pod automatykę przemysłową. Już w XVII w. Denis Papin skonstruował regulator ciśnienia (zawór bezpieczeństwa), który wykorzystał w swoim pierwowzorze autoklawu oraz szybkowaru. W XVIII w. weszły w użycie regulatory temperatury, stosowane w piecach przemysłowych oraz regulatory pływakowe, które znalazły zastosowanie w kotłach silników parowych oraz w domowych systemach dystrybucji wody. Wtedy powstał też używany po dziś dzień mechanizm spłuczki do toalet, udoskonalony w XIX w. przez londyńskiego hydraulika Thomasa Crappera.

Mistrzowie fabryczni, działający w Wielkiej Brytanii, opracowali szereg urządzeń, w których wykorzystane zostało sprzężenie zwrotne i które usprawniły działanie młynów.

Silnik parowy

Pierwsze maszyny parowe były silnikami tłokowymi, które zostały opracowane na potrzeby urządzeń pompujących wodę. James Watt wynalazł pod koniec XVIII w. regulator prędkości obrotowej maszyny parowej. Udoskonalił on regulowany ręcznie silnik parowy Thomasa Newcomena z początku wieku i jako pierwszy wprowadził maszyny parowe do masowej produkcji, co z kolei doprowadziło do ich powszechnego wykorzystania w przemyśle oraz w transporcie.

Automatyka jako dziedzina naukowa

W latach 20-stych XX w. wyodrębniła się nowa dyscyplina naukowa – automatyka. Obejmuje ona teorię konstruowania automatów oraz automatyzacji, czyli samodzielnego regulowania, sterowania oraz kontrolowania różnych procesów i czynności.

Po I wojnie światowej w szybkim tempie zaczęła postępować automatyzacja przemysłu. W 1923 r. w USA zaczęła działać pierwsza automatyczna linia produkcyjna.

Początki komputerów

Już w XIX w. Charles Babbage zajmował się konstruowaniem maszyn liczących. Podjął pracę nad projektem zwanym maszyną różnicową. Był to w istocie nigdy nie ukończony, duży, skomplikowany kalkulator. Najbardziej rewolucyjnym pomysłem angielskiego matematyka okazała się maszyna analityczna. Mimo że idea ta nigdy nie doczekała się realizacji, posłużyła później Johnowi von Neumannowi jako podstawa do opracowania dzisiejszych komputerów. W 1943 r. powstał Colossus, pierwsza w całości elektroniczna maszyna licząca, dzieło wspomnianego wyżej naukowca we współpracy z Alanem Turingiem i Thomasem H. Flowersem. Z kolei za pierwszy komputer w ścisłym tego słowa znaczeniu uważa się amerykańską maszynę ENIAC z 1945 r.

Automatyka w służbie przyszłości

Obecnie automatyzacja i komputeryzacja to elementy naszego życia codziennego oraz większości przedmiotów codziennego użytku. Współcześni automatycy rozwijają najnowocześniejsze gałęzie tej nauki, jak robotyka, mechatronika, bionika czy też zaawansowane systemy automatyki i bms rozwijane przez naszą firmę. Zautomatyzowane systemy nie tylko podbijają świat, lecz również otwierają przed ludzkością drzwi do wędrówek poza Błękitny Glob