Κεφάλαιο 1

Ενότητα 1.2

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ

Στόχοι Μετά την ολοκλήρωση της ενότητας αυτής θα μπορείτε: • Να αναφέρετε την ιστορική εξέλιξη του αυτοματισμού • Να περιγράφετε απλές διατάξεις αυτοματισμού διαφόρων ιστορικών

περιόδων

1.2.1 Ο αυτοματισμός στην αρχαία Ελλάδα

• Ο άνθρωπος από τη στιγμή της ύπαρξής του αγωνίζεται συνεχώς για την επιβίωσή του. Για να βελτιώσει τις φυσικές του δυνατότητες κατασκεύασε διάφορα εργαλεία και χρησιμοποίησε τη δύναμη των ζώων για αγροτικές εργασίες. Στη συνέχεια, με την ανακάλυψη του τροχού και με την επινόηση μηχανών, όπως η άμαξα, το πλοίο κλπ, που λειτουργούν με εξωτερική ενέργεια, πραγματοποίησε εύκολα μεταφορές σε μεγάλες αποστάσεις. Δε σταμάτησε όμως εδώ, κατασκεύασε και μηχανές που λειτουργούν «αυτόματα» με εσωτερική δική τους ενέργεια.

Πανάρχαιο τεχνικό όραμα του ανθρώπου πάντα ήταν να κατασκευάσει αυτόματες-αυτοκίνητες μηχανές, με τη χρήση αυτοματισμών. Αναφορές για τέτοιες μηχανές υπάρχουν ήδη στην αρχαία ελληνική μυθολογία, σε έργα του Ομήρου, του Ησίοδου, στην Αργοναυτική εκστρατεία, στους μύθους του Ηρακλή, ενώ πολλά τεχνολογικά στοιχεία παραδίδει ο ιστορικός Ηρόδοτος.

Ο Όμηρος περιγράφει τον Ήφαιστο απασχολημένο στο εργαστήριό του να προσαρμόζει χρυσούς τροχούς σε είκοσι τρίποδες, για να γίνουν "αυτόματοι". Οι τρίποδες αυτοί κινούνταν από μόνοι τους, ώστε να υπηρετούν τους θεούς στα συμπόσια (σχ. 1.2.1).

1

Σχ. 1.2.1 Οι μυθικοί αυτόματοι τρίποδες της Ηλιάδας

Όμως ο μύθος τον θέλει κυρίως κατασκευαστή ενός αριθμού μηχανισμών που θυμίζουν αυτοματισμούς, όπως οι χρυσές θεραπαινίδες που έμοιαζαν με ζωντανά όντα διαθέτοντας κίνηση και ομιλία, για να τον βοηθούν στο εργαστήριό του. Πρόκειται για τα πρώτα «αυτόματα» που έχουν αναφερθεί.

Ο Ήφαιστος κατασκεύασε επίσης με εντολή του Δία μια ανθρωπόμορφη μηχανή, τον Τάλω, ο οποίος υπηρετούσε το βασιλιά Μίνωα. Ο Τάλως ήταν κατασκευασμένος από ορείχαλκο, περιπολούσε τις ακτές της Κρήτης και την προστάτευε από τους εισβολείς - σήμερα θα λέγαμε ότι ήταν ένα αμυντικό ρομπότ.

Ο Τάλως διέθετε μία και μοναδική φλέβα η οποία ξεκινούσε από το λαιμό και κατέληγε στον αστράγαλό του, όπου μια χάλκινη βίδα έκλεινε την έξοδό της.

Σχ. 1.2.2

2

Μέσα στη φλέβα κυλούσε σύμφωνα με τον μύθο θείο υγρό, ¨αίμα των αθανάτων¨ που του έδινε ζωή. Όλες οι περιγραφές του μύθου για τον Τάλω είναι προδιαγραφές ενός υπερφυσικού ρομπότ ή ανθρωποειδούς που διέθετε μεγάλη ταχύτητα, τεράστια δύναμη, αυτοθέρμανση και χημικά υγρά. Αν αυτά είναι πράγματι στοιχεία ενός μύθου, τότε ο μύθος αναφέρεται σε κάποιο ρομπότ, ίσως από τα πιο εξελιγμένα που κατασκεύασε ο Ήφαιστος. Ανάλογη αποστολή επιτελούσαν οι μεταλλικοί σκύλοι, που διατηρούσε στην αυλή του ο βασιλιάς των Φαιάκων, Αλκίνοος.

Στην ίδια παράδοση ανήκει ο Δαίδαλος, που έμεινε στην ιστορία αθάνατος με τις περίφημες κατασκευές και έργα του. Το μηχανικό επίτευγμα με το οποίο πέρασε στο μύθο ήταν η κατασκευή δύο πτητικών μηχανών, που χρησιμοποίησαν ο ίδιος και ο γιος του Ίκαρος, για να αποδράσουν από την Κρήτη. Επρόκειτο για ατομικές μηχανικές κατασκευές που κινούνταν με την ανθρώπινη μυϊκή δύναμη. Σε πείραμα που διενέργησε το ΜΙΤ (Ινστιτούτο Τεχνολογίας Μασαχουσέτης) το 1988, με ποδοκίνητο ανεμόπτερο, χειριζόμενο από τον Έλληνα ποδηλάτη Κανέλλο Κανελλόπουλο και με μια πτήση διάρκειας 3 ωρών και 54 λεπτών από την Κρήτη στη Σαντορίνη, αποδείχθηκε ότι η πτήση του Δαίδαλου και Ίκαρου ήταν γεγονός. Ο Δαίδαλος κατασκεύασε επίσης κινητά αγάλματα τα οποία φύλαγαν το Λαβύρινθο και δούλευαν με υδράργυρο.

Πέρα από αυτή τη μυθική διάσταση, οι αρχαίοι Έλληνες ανέπτυξαν και αξιοποίησαν μια πολύ μεγάλη ποικιλία από ευφυέστατες εφαρμογές αυτοματισμού, πολλές από τις οποίες μόλις πρόσφατα αρχίζουν να αποκαλύπτονται. • Στην καθαυτό ιστορική περίοδο, ο πρώτος αυτόματος

μηχανισμός, που αναφέρεται, είναι η πετομηχανή του Αρχύτα . Στα 425 π.Χ. ο Αρχύτας ο Ταραντίνος, μαθηματικός και φιλόσοφος, φίλος του Πλάτωνα, κατασκεύασε την πρώτη ιπτάμενη μηχανή στην ιστορία της ανθρωπότητας. Την ονόμασε περιστερά ή πετομηχανή, λειτουργούσε με ένα σύστημα αεροπροώθησης και σε σχετικό πείραμα «πέταξε» σε μια απόσταση 200 μέτρων. Η περιστερά, όταν έπεφτε στη γη, δεν μπορούσε να ξανασηκωθεί. Πιστεύεται ότι αποτελεί το πρώτο αεριωθούμενο αεροπλάνο, που πετούσε με κάποιο μηχανισμό συμπίεσης του αέρα.

Η ιπτάμενη μηχανή του Αρχύτα, είναι μια πρώιμη εφαρμογή της δύναμης του αέρα, όταν συμπιέζεται «πνευματικά» και αυτό δεν αποτελεί μυθολογία. Η πετομηχανή του Αρχύτα, που αναφέρεται από τους Φαβωρίνο και Τζέλιους (Αττικές νύκτες), είναι η υλοποίηση του ελληνικού πόθου για πτήση. Είναι γεγονός ότι το πρώτο μοντέλο αεροπλάνου πέταξε στον ελληνικό ουρανό (έστω για λίγο) στα 425 π.Χ.

3

Εικόνα 1.2.3 Η πετομηχανή του Αρχύτα και σύγχρονο αεροπλάνο • Στο έργο του Αρχιμήδη του Συρακούσιου (287-212 π.Χ.) βρίσκουμε

πολλές από τις αρχές της αυτοματοποιητικής σε καθαρά θεωρητική μορφή. Όμως δυστυχώς δε γνωρίζουμε, αν ο μέγας μαθηματικός και μηχανικός προχώρησε σε κατασκευές των έργων που περιγράφει. Σίγουρα κατασκεύασε το πρώτο υδραυλικό ρολόι, ενώ σημαντικό έργο του ήταν η ουράνια σφαίρα, ένα πλανητάριο μεγάλης ακρίβειας. Το ατμοτηλεβόλο του ήταν το πρώτο πυροβόλο όπλο στον κόσμο, που χρησιμοποιούσε τη δύναμη του ατμού, πρόγονος της ¨αιολοπύλης¨ του Ήρωνα (1). Όμως, εκεί που ο Αρχιμήδης πρέπει να έθεσε τις βάσεις, ήταν η κατασκευή μηχανισμών με γρανάζια, εφαρμογή της οποίας ήταν η ουράνια σφαίρα. Η γνώση αυτή αυξήθηκε τους επόμενους αιώνες με αποκορύφωση τον 1ο αιώνα π.Χ., όταν κατασκευάστηκε από άγνωστο μηχανικό ο μηχανισμός των Αντικυθήρων, ένα όργανο αστρονομικών υπολογισμών αποτελούμενο από 29 γρανάζια διαφόρων μεγεθών, που έδειχνε τις κινήσεις του ήλιου και της σελήνης στο ζωδιακό κύκλο (2).

_____________________________________________________________ 1. βλ. Χρήστος Δ. Λάζος, Αρχιμήδης ο ευφυής μηχανικός. Αθήνα 1995 2. βλ. Χρήστος Δ. Λάζος, ο υπολογιστής των Αντικυθήρων. Αθήνα 1994

• Η αυτοματοποιητική ως επιστήμη εμφανίστηκε στην Αλεξάνδρεια, κατά την ελληνιστική περίοδο και αναπτύχθηκε κατ’ εξοχήν από τρεις μεγάλους Έλληνες μηχανικούς: τον Κτησίβιο (3ος αιώνας π.Χ), τον Φίλωνα το Βυζάντιο (3ος αιώνας π.Χ) και τον Ήρωνα τον Αλεξανδρέα (1ος αιώνας μ.Χ.) (1) .

• Ο Κτησίβιος υπήρξε λαμπρός μηχανικός, το έργο του όμως έχει

απωλεσθεί καθ’ ολοκληρία και όσα γνωρίζουμε γι’ αυτόν προέρχονται από μεταγενέστερες αναφορές κυρίως από τον Φίλωνα τον Βυζάντιο, που έζησε την ίδια εποχή με αυτόν και πιθανολογείται μαθητής του.

Η συμμετοχή του στην επιστήμη της Αυτοματοποιητικής ήταν σημαντική. Ιδιαίτερη αναφορά μπορεί να γίνει στα υδραυλικά ρολόγια που κατασκεύασε, εκ των οποίων το λεγόμενο ¨παραστατικό ρολόι¨ έθεσε τις βάσεις όλων των μεταγενέστερων αυτόματων υδραυλικών

4

ρολογιών. Πιστεύεται ότι ήταν ο πρώτος μηχανικός που δίδαξε στο ¨Μουσείον¨ της Αλεξάνδρειας.

Το σχ. 1.2.4 αποδίδει την αρχή λειτουργίας του περίφημου ρολογιού του Κτησίβιου. Το νερό από μια συνεχή παροχή (π.χ. πηγή) φθάνει σε μια πρώτη δεξαμενή με υπερχείλιση, ώστε να διατηρεί σταθερή στάθμη. Από εκεί, το νερό διοχετεύεται σε μια δεύτερη δεξαμενή στην οποία επιπλέει ένας πλωτήρας ελεύθερος να κινηθεί κατακόρυφα. Λόγω της σταθερής στάθμης στην πρώτη δεξαμενή, η ροή του νερού στη δεύτερη δεξαμενή είναι επίσης σταθερή και ο πλωτήρας ανεβαίνει με σταθερό ρυθμό. Ένας δείκτης είναι στερεωμένος στον πλωτήρα και σημειώνει την ώρα σε ένα βαθμονομημένο τύμπανο.

1. A.G. Drachmann, Ktesibios, Philon and Heron A. Study in Ancient Pneumatics. Copenhagen 1948.

Σχ. 1.2.4 Το υδραυλικό ρολόι του Κτησίβιου (αναπαράσταση)

Στο τέλος της ημέρας, η ανερχόμενη στάθμη στη δεύτερη δεξαμενή

ενεργοποιεί ένα σιφόνι. Το σιφόνι αδειάζει τη δεύτερη δεξαμενή, ώστε να υποδεχτεί το νερό της επόμενης ημέρας. Ταυτόχρονα, το νερό που απορρίπτεται από το σιφόνι κινεί την πτερωτή που είναι στερεωμένη πάνω στον ίδιο άξονα με το τύμπανο, με αποτέλεσμα να περιστρέφονται ταυτόχρονα. Αυτό συμβαίνει, διότι κατά την αρχαιότητα οι ώρες είχαν

5

διαφορετική διάρκεια από ημέρα σε ημέρα και επομένως η βαθμονόμηση του τύμπανου έπρεπε να αλλάζει. Ο Ανδρόνικος ο Κυρρήστης κατασκεύασε τον 1ο αιώνα ένα πολύ μεγάλο και διάσημο στην εποχή του υδραυλικό ρολόι, που αξιοποιούσε όλες τις καινοτομίες και εφευρέσεις των μηχανικών που προηγήθηκαν. • Ο Φίλων ο Βυζάντιος έγραψε τα πρώτα γνωστά παγκοσμίως

έργα περί αυτομάτων: το έργο «Αυτόματα» που χάθηκε και το έργο «Αυτοκινούμενοι τροχοί» είναι γνωστά από μεταγενέστερες αναφορές (κυρίως του Ήρωνα). Πολλά έργα του χάθηκαν, από κάποια μόνο, διασώθηκαν ελάχιστα αποσπάσματα. Τα έργα του «Πνευματικά» και «Βελοποιϊκά» διασώθηκαν μόνο σε αραβική μετάφραση. Στο έργο του «Πνευματικά», που ουσιαστικά πρόκειται για σπουδή πάνω στην αερομηχανική, υπάρχουν πολλοί αυτοματισμοί, που στηρίζονται στην αεροσυμπίεση μέσω ύδατος.

Ο Φίλων συνεχίζει την παράδοση στους αυτοματισμούς, που είχαν ξεκινήσει ουσιαστικά ο Αρχιμήδης και ο Κτησίβιος. Περιγράφει πολλούς μηχανισμούς του δασκάλου του Κτησίβιου, κάποιους από αυτούς βελτιώνει, ενώ πολλοί είναι καθαρά δικές του επινοήσεις. Δίδαξε και αυτός στο περίφημο ¨Μουσείον¨ της Αλεξάνδρειας και από τα έργα του που διασώθηκαν διαπιστώνουμε ότι ήταν ένας μεγάλος μαθηματικός με γόνιμη και δημιουργική φαντασία. Θεωρείται ο εισηγητής της αερομηχανικής. Το έργο του επηρέασε πολύ τους αρχαίους Έλληνες, τους Ρωμαίους και κυρίως τους Άραβες επιστήμονες, μέσω των οποίων μεταφράστηκε αργότερα στα Λατινικά. Πολλά στοιχεία και πληροφορίες για τα έργα των Ελλήνων Μηχανικών έως τον 1ο π.Χ. αιώνα μας δίνει ο Βιτρούβιος, (1) ενώ στη σύγχρονη εποχή σημαντικότατη έρευνα για τον Φίλωνα πραγματοποίησε ο Prager (2).

Στα έργα του συμπεριλαμβάνεται μια λυχνία που έκαιγε λάδι και με μια διάταξη αυτοματισμού διατηρούσε σταθερή τη ροή του καυσίμου και επομένως τη φωτεινότητα της φλόγας. Όπως απεικονίζεται και στο σχ. 1.2.5, ένα δοχείο ρύθμισης μεσολαβεί μεταξύ της λυχνίας και της κύριας δεξαμενής, όπου φυλάσσεται το καύσιμο. Το δοχείο ρύθμισης έχει στο εσωτερικό του έναν πλωτήρα, που καταλήγει σε κώνο και βρίσκεται ακριβώς κάτω από το στόμιο άφιξης του καυσίμου. Όταν η στάθμη στο δοχείο ρύθμισης ανέβει, ο πλωτήρας σηκώνει τον κώνο, ο οποίος εφαρμόζει στο στόμιο και φράζει την παροχή. Όταν η στάθμη στο δοχείο ρύθμισης πέφτει, ο πλωτήρας κατεβαίνει, ο κώνος απομακρύνεται από το στόμιο και η δίοδος του καυσίμου απελευθερώνεται.

1. Βιτρούβιος, Περί Αρχιτεκτονικής Βιβλία Δέκα. Θεσσαλονίκη, 1997. 2. Frank David Prager, Philo of Byzantium, Pneumatica. Wisbaden 1974.

6

Σχ. 1.2.5 Ο μηχανισμός της λυχνίας του Φίλωνα (αναπαράσταση)

Χάρη σε αυτήν τη διάταξη, οι μεταβολές στη στάθμη του δοχείου

ρύθμισης διορθώνονται αυτόματα και η στάθμη (επομένως και η τροφοδοσία της λυχνίας) παραμένει πρακτικά σταθερή. Εξέλιξη του μηχανισμού αυτού, με την ίδια αρχή λειτουργίας είναι ο εξαερωτής (καρμπυρατέρ) των μηχανών εσωτερικής καύσης. Παρόμοιος μηχανισμός χρησιμοποιείται για το αυτόματο γέμισμα των δεξαμενών για την αποφυγή υπερχείλισης. Γενικότερα ο μηχανισμός του πλωτήρα του Φίλωνα χρησιμοποιείται ευρύτατα αυτούσιος επί αιώνες.

• Ο τρίτος μεγάλος μηχανικός της Αλεξάνδρειας, ο Ήρων ο

Αλεξανδρεύς, είναι ουσιαστικά ο πατέρας της Αυτοματοποιητικής, της επιστήμης δηλαδή των αυτόματων, τα οποία μελέτησε τόσο λαμπρά και τόσο εμπεριστατωμένα στα έργα του. Στο έργο του Πνευματικά Α΄+Β΄ περιγράφει συνολικά 80 μηχανισμούς, που λειτουργούν με υδραυλική αεροσυμπίεση, πολλοί των οποίων αποτελούν πρότυπα αυτοματισμού, όπως η περίφημη ¨αιολοπύλη¨ που είναι ουσιαστικά η εφεύρεση του ατμοστρόβιλου, η αυτόματη σπονδή αγαλμάτων, το αυτόματο άνοιγμα-κλείσιμο των πυλών ενός ναού, η αυτόματη κρήνη, κ.α.

7

Σχ. 1.2. 6 α Αυτόματες πύλες σχ. 1.2.6 β Ατμοστρόβιλος

Σε αυτό το έργο περιέχονται επίσης μερικά γνωστά κλειστά συστήματα ελέγχου, με ανάδραση και αυτόματη ρύθμιση της λειτουργίας τους όπως: ο αυτόματος έλεγχος στάθμης υγρού, ο αυτόματος έλεγχος ροής υγρού και ο αυτόματος έλεγχος βάρους. Τα πνευματικά του Ήρωνα συνεχίζουν και επεκτείνουν την έρευνα που είχε ξεκινήσει ο Φίλων στην αερομηχανική. Όμως ο Ήρων έγραψε και το έργο «Αυτοματοποιητική», το αρχαιότερο γνωστό έργο για το θέμα που διασώθηκε, όπου περιγράφονται αυτόματα μηχανικά συστήματα ικανά να πραγματοποιούν προγραμματισμένες κινήσεις. Αναφέρεται σε δύο είδη αυτομάτων: τα κινητά (υπάγοντα) και τα σταθερά (στατά) αυτόματα και κατόπιν περιγράφει τη λειτουργία τους.

Οι μηχανές του Ήρωνα χρησιμοποιούν ως κινητήριο δύναμη διάφορες μεθόδους: το βάρος του νερού, την πίεση του ατμού, τη διόγκωση του θερμού αέρα ή την έλξη ενός σχοινιού στο οποίο αναρτώνται βάρη.

Το σχ. 1.2.7 παρουσιάζει τον τρόπο "προγραμματισμού" της αυτόματης κίνησης, στην τελευταία αυτή περίπτωση. Το σχοινί τυλίγεται γύρω από ένα τύμπανο και σε ορισμένα σημεία του, αγκιστρώνεται σε πείρους (καβίλιες) στερεωμένους πάνω στο τύμπανο. Το σχοινί συνδέεται με ένα βάρος (δεν φαίνεται στο σχήμα). Υπό την επίδραση της έλξης του σχοινιού, το τύμπανο παίρνει τρεις δεξιόστροφες περιστροφές, ώσπου να φθάσει και να απεμπλακεί από τον κατώτερο πείρο. Στη συνέχεια η κίνηση του τυμπάνου σταματά για όσο χρόνο απαιτείται ώστε το σχοινί να φθάσει στον επόμενο πείρο. Έπειτα, το τύμπανο παίρνει τέσσερις αριστερόστροφες περιστροφές, ώσπου να απελευθερωθεί και από τον τελευταίο πείρο.

8

Σχ. 1.2.7 Μια τεχνική "προγραμματισμού" του Ήρωνα

Συνοψίζοντας το τύμπανο του σχ. 1.2.7 είναι προγραμματισμένο για να εκτελέσει τρεις περιστροφές δεξιά, μια σύντομη στάση, τέσσερις περιστροφές αριστερά. Αν το τύμπανο συνδέεται στον κινητήριο άξονα μιας μηχανής π.χ ενός φορείου με τροχούς, τότε το φορείο θα κινηθεί λίγο προς τη μια κατεύθυνση, κατόπιν θα σταματήσει και έπειτα θα κινηθεί στην αντίθετη κατεύθυνση. Η διάρκεια κάθε κίνησης καθορίζεται από το μήκος του σχοινιού των τυλιγμάτων (ή το ελεύθερο μήκος που αφήνεται ανάμεσα στους πείρους στην περίπτωση της στάσης). Η σειρά των κινήσεων και ο αριθμός τους, καθορίζονται από τη σειρά τοποθέτησης των τυλιγμάτων πάνω στο τύμπανο.

Μια σύνθετη μηχανή (αυτόματο) του Ήρωνα έχει πολλά τύμπανα έτσι ώστε να εκτελεί πολλές ταυτόχρονες και συγχρονισμένες κινήσεις. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιήθηκε σε θεατρικά «αυτόματα», δηλαδή σε μηχανές που έπαιζαν μια λατρευτική ή θεατρική παράσταση. Ένα θεατρικό αυτόματο ήταν για παράδειγμα, μια βάση με τροχούς (στην οποία ήταν κρυμμένος και ο μηχανισμός της κίνησης), στην κορυφή της οποίας υπήρχε μια θεατρική σκηνή σε μικρογραφία. Η βάση πλησίαζε αυτόματα τους θεατές, περιστρεφόταν και άλλαζε θέσεις.

9

Όλα αυτά ο Ήρωνας τα παραθέτει, αναλύει και σχολιάζει δίνοντάς τους τη μορφή ενός θεατρικού έργου. Στην αρχαιότητα, η αυτοματοποιητική εθεωρείτο «.…ως θαυματοποιϊκή τα μεν δια πνοών φιλοτεχνούσα, ώσπερ και Κτησίβιος και Ήρων πραγματεύονται….» μας πληροφορεί ο Πρόκλος στα Σχόλια που κάνει για τον Ευκλείδη και είχε άμεση σχέση με το θέατρο και τους μηχανισμούς που χρησιμοποιούσαν, ώστε να εντυπωσιαστεί το κοινό. Περιφημότερος από αυτούς ήταν ο ¨από μηχανής θεός¨, που στην ουσία ήταν μια απόλυτα συγχρονισμένη ανυψωτική μηχανή. Η επίδραση του Ήρωνα ήταν μεγάλη. Στο Βυζάντιο συναντάμε τη δημιουργία των αυτόματων μηχανισμών του Βυζαντινού θρόνου(1), που έλκουν την καταγωγή τους από τους υδραυλικούς αυτοματισμούς του Ήρωνα. Τα έργα του μεταφράζονται από τους Άραβες και γίνονται αντικείμενα εκτεταμένης μελέτης. Στην μεσαιωνική περίοδο, στη Δύση, το έργο του Ήρωνα επηρεάζει άμεσα τους πρωτοπόρους του αυτοματισμού, όπως τον Σολομών Ντε Γκάους, Αλβέρτο το Μέγα, Ρότζερ Μπέικον και Βιλάρ ντ΄ Ονεκούρ, οι οποίοι κατασκευάζουν αυτόματα στηριζόμενα στις αρχές του Ήρωνα (2).

Η επιρροή του Ήρωνα γνωρίζουμε ότι έφτασε ως τη μακρινή Κίνα μέσω του Φερντιναντ Βέρμπιστ, ενός μορφωμένου Ιησουίτη ιεραποστόλου, ο οποίος κατασκεύασε προς χάριν του Κινέζου αυτοκράτορα ένα ατμοκίνητο κάρο κινούμενο με μηχανισμό ίδιο με την ¨αιολοπύλη¨ του Ήρωνα. Σώθηκε το μεγαλύτερο μέρος του μεγάλου και σημαντικού έργου του, περίπου 15 έργα, που αποτελεί πεδίο εκτεταμένης μελέτης και έρευνας. Τα βασικά έργα του έχουν εκδοθεί και μεταφραστεί πολλές φορές ακόμη έως σήμερα, σε πολλές γλώσσες, ενώ στην Ελλάδα η έρευνα γι΄αυτόν έχει ξεκινήσει τα τελευταία δέκα χρόνια (από το 1990). Η σημαντικότερη επανέκδοση των έργων του στο εξωτερικό έγινε από τις εκδόσεις Τenbner της Λειψίας, ανάμεσα στο 1897-1912 (3), ενώ στη χώρα μας έχει μεταφραστεί αποσπασματικά.

1. Χρήστος Δ. Λάζος, Μηχανική και Τεχνολογία στην αρχαία Ελλάδα. Αθήνα, 1993

2. Jasia Reichardt, Robots:Fact, Fiction+Prediction. London, 1978. 3. Heronis Alexandrini Opera σε 5 τόμους όπου έχουν περιληφθεί τα έργα

του Πνευματικά Α΄+Β΄, Μηχανικά, Περί Αυοματοποιητικής, Κατοπτρικά, Μετρικά Α΄,Β΄, Γ΄, Περί Διόπτρας, Περί Όρων, Γεωμετρικά, Εισαγωγαί των Στερεομετρουμένων.

10

Συνολική έρευνα για τη ζωή, το έργο και την επίδραση των τριών

μηχανικών της ελληνιστικής περιόδου, Κτησίβιου, Φίλωνος του Βυζαντίου και Ήρωνος Αλεξανδρέως πραγματοποίησε ο ερευνητής της αρχαίας ελληνικής τεχνολογίας Χρ. Λάζος(1) . • Η αυτοματοποιητική ως επιστήμη γεννήθηκε και ανδρώθηκε στην

Ελλάδα. Δυστυχώς η Ρωμαιοκρατία ανέκοψε οποιαδήποτε πρόοδο στις επιστήμες και υπήρξε ανασταλτικός παράγοντας. Μόνο μετά τη μετάφραση των έργων των αρχαίων Ελλήνων μηχανικών στις λατινογενείς γλώσσες από τον 10ο αιώνα και κατόπιν, αρχίζει η νέα επιστημονική περίοδος και φυσικά και της Αυτοματοποιητικής.

Λίγα είναι γνωστά για την εξέλιξη του αυτοματισμού στο Βυζάντιο και το Μεσαίωνα. Αναφέρεται ότι η βυζαντινή αυτοκρατορική αυλή εντυπωσίαζε τους επισκέπτες με ένα πλούτο από μηχανικά ομοιώματα ζώων που ηχούσαν και κινούνταν σαν αληθινά. Επίσης, είναι γνωστό ότι οι τεχνίτες στο μεσαίωνα χρησιμοποιούσαν μηχανές που έπαιρναν κίνηση από υδρόμυλο και σε ορισμένες περιπτώσεις από ατμό. • Ο Υπολογιστής των Αντικυθήρων. Το 1901 στα Αντικύθηρα βρέθηκε

από σφουγγαράδες της Σύμης ένας πολύπλοκος μηχανισμός σε ναυάγιο αρχαίου πλοίου. Μετά από πολυετή έρευνα ο μηχανισμός χαρακτηρίστηκε αστρονομικό όργανο μεγάλης ακρίβειας. Ήταν ένας μικρών διαστάσεων (17x32x9cm) υπολογιστής με 29 διαφορετικού μεγέθους γρανάζια, που χρησίμευε για τον υπολογισμό ημερολογιακών κύκλων. Στην μπροστινή και στην πίσω όψη του υπήρχαν τέσσερις κινητοί δείκτες, ενώ στα πλάγια υπήρχε ένα γρανάζι, που χρησίμευε σαν είσοδος χρονολογικών δεδομένων. Μέσω της θέσης των δεικτών υπολογίζονταν όλα τα σημαντικά αστρονομικά φαινόμενα όπως: οι κινήσεις του ήλιου, οι φάσεις του φεγγαριού, καθώς και οι θέσεις μεγάλων άστρων και αστερισμών για όλο το χρόνο. Ο μηχανισμός αυτός μπορεί να χαρακτηριστεί σαν ο αρχαιότερος υπολογιστής εξαιτίας του διαφορικού τρόπου με τον οποίο κινούνται οι δείκτες του. Η ιστορική σημασία του μηχανισμού των Αντικυθήρων στην εξέλιξη και ανάπτυξη των σύγχρονων υπολογιστών θεωρείται από τους επιστήμονες καθοριστική.

1. Χρήστος Δ. Λάζος, Οι μηχανικοί της Αλεξάνδρειας, Αθήνα 1999

11

Σχ. 1.2.8. Γραφική αναπαράσταση μηχανισμού

1.2.2 Η προ-βιομηχανική περίοδος Πολλά από τα σχέδια και τις κατασκευές των μεγάλων μηχανικών

της Αναγέννησης εμπεριέχουν, επίσης, διατάξεις αυτοματισμού. Ο Λεονάρδος Ντα Βίντσι (Leonardo Da Vinci), για παράδειγμα,

σχεδίασε μια τεχνητή φτερούγα, που αναπαράγει την κίνηση του πτηνού, μια μηχανή που κατασκευάζει εργαλεία και πολλούς άλλους μηχανισμούς.

Η ανάπτυξη των μηχανικών ρολογιών είναι μια σπουδαία συμβολή στην εξέλιξη του αυτοματισμού κατά την προ-βιομηχανική περίοδο. Στην καρδιά του μηχανικού ρολογιού βρίσκεται ένα πρόβλημα αυτοματισμού: μια διάταξη που να επιβάλλει στα εξαρτήματα του ρολογιού την επιθυμητή συμπεριφορά, δηλαδή μια περιοδική, ισόχρονη κίνηση.

Ένας πρώτος αποτελεσματικός μηχανισμός αναπτύχθηκε στην Κίνα στις αρχές του 11ου αιώνα και διαδόθηκε στη μεσαιωνική Ευρώπη περί τον 14ο αιώνα. Το σχ. 1.2.9 παρουσιάζει τη βασική διάταξη αυτού του ρολογιού. Η κίνηση από την πτώση ενός βάρους (δεν απεικονίζεται στο σχήμα) μεταφέρεται σε έναν τροχό με ακίδες. Μπροστά στον τροχό βρίσκεται μια κατακόρυφη ράβδος που φέρει δυο όνυχες στερεωμένους σε

12

κατάλληλη γωνία μεταξύ τους. Όταν ο κάτω όνυχας απελευθερώσει μια ακίδα του τροχού, ο άνω όνυχας εμπλέκει μια άλλη ακίδα κοκ. Έτσι η ράβδος ταλαντώνεται συνεχώς απελευθερώνοντας διαδοχικά μια-μια τις ακίδες του τροχού. Η ράβδος φέρει αντίβαρα που της προσδίνουν αδράνεια, έτσι ώστε η κίνησή της να είναι αργή.

Σχ. 1.2.9 Ο μηχανισμός κίνησης του μεσαιωνικού ρολογιού

Η κύρια ιδέα για το εκκρεμές, που είναι και η βάση για το σύγχρονο

μηχανικό ρολόι, αναπτύχθηκε στις αρχές του 17ου αιώνα. Το σχ. 1.2.6 απεικονίζει το βασικό μηχανισμό ενός ρολογιού, που σχεδίασε ο Γαλιλαίος (Gailileo Galilei). Διατηρεί τον τροχό με τις ακίδες του μεσαιωνικού ρολογιού, όμως το ταλαντευόμενο τμήμα είναι τώρα ένα εκκρεμές αντί για ράβδο με αντίβαρα. Το εκκρεμές φέρει δυο άγκιστρα. Το άνω άγκιστρο ανασηκώνει έναν όνυχα απελευθερώνοντας την ακίδα του τροχού. Το κάτω άγκιστρο εμπλέκει μια άλλη ακίδα, περιορίζοντας έτσι την περιστροφή του τροχού. Όταν το εκκρεμές επιστρέφει, το άνω άγκιστρο υποχωρεί, ο όνυχας πέφτει και συγκρατεί μια ακίδα.

13

Σχ. 1.2.10 Ο μηχανισμός κίνησης του ρολογιού του Γαλιλαίου

Στο μηχανισμό αυτό στηρίχθηκε το εκκρεμές το οποίο κατασκεύασε

ο αστρονόμος Κρίστιαν Χάιγκενς (Christian Huygens) στα μέσα του 17ου αιώνα. Η αποτελεσματικότητα του αυτοματισμού του, δηλαδή η ακρίβεια της χρονομέτρησης, έφθασε σε υψηλότατο επίπεδο στα μέσα του 18ου, με εργασίες ωρολογοποιών όπως ο Τζών Χάρισον (John Harrison), ο Πιέρ Λερουά, (Pierre LeRoy) κ.α.

1.2.3 Ο αυτοματισμός στη βιομηχανική εποχή Η βιομηχανική επανάσταση στηρίχθηκε στην ανάπτυξη μηχανών

μεγάλης ισχύος. Ο αυτοματισμός έπρεπε να χαλιναγωγήσει αυτές τις νέες, πρωτόγνωρες δυνάμεις, ώστε να εξυπηρετούν τις ανάγκες της παραγωγής παρέχοντας ταυτόχρονα ασφάλεια και αξιοπιστία.

Στην αρχή της βιομηχανικής περιόδου οι μηχανές κινούνταν με την πίεση ατμού που παράγεται σε ατμολέβητα. Το 1681, ο Ντενί Παπέν (Denis Pappin) ανέπτυξε την πρώτη διάταξη αυτοματισμού για τον έλεγχο της υπερπίεσης του ατμολέβητα. Ο ρυθμιστής πίεσης του Παπέν χρησιμοποιείται ως βαλβίδα ασφαλείας στη σημερινή χύτρα ταχύτητας.

14

Ο ρυθμιστής ταχύτητας που κατασκεύασε ο Τζέιμς Βατ (James Watt) το 1788 είναι η πρώτη αποτελεσματική διάταξη ελέγχου των ατμομηχανών και ο πρόγονος του σύγχρονου βιομηχανικού αυτοματισμού (σχ. 1.2.7).

Σχ. 1.2.11 Ατμομηχανή εφοδιασμένη με ρυθμιστή ταχύτητας

Το σχ. 1.2.12 παρουσιάζει την αρχή λειτουργίας του ρυθμιστή. Ο

κινητήριος άξονας της ατμομηχανής περιστρέφει δύο ράβδους που φέρουν αντίβαρα. Η περιστροφή του άξονα αναπτύσσει "φυγόκεντρη" δύναμη, η οποία απομακρύνει τα αντίβαρα. Μέσω αρθρωτών συνδέσμων, η κίνηση των αντίβαρων μεταφέρεται στη βαλβίδα τροφοδοσίας της ατμομηχανής. Εάν η ταχύτητα είναι χαμηλή, τα αντίβαρα κινούνται προς τον άξονα και η θέση της βαλβίδας αλλάζει αυξάνοντας την παρεχόμενη ισχύ. Το αντίστροφο συμβαίνει, όταν η ταχύτητα είναι υψηλή.

15

Σχ. 1. 2 .12 Ο ρυθμιστής του Βαττ

Η συνεχής ανάπτυξη νέων και ισχυρότερων μηχανών ώθησε και στην ανάπτυξη ολοένα αποτελεσματικότερων αυτοματισμών. Έτσι για παράδειγμα, ο ρυθμιστής του Βαττ δεν μπορούσε να κινήσει τις βαλβίδες τροφοδοσίας πολύ μεγάλων κινητήρων (π.χ. τις θυρίδες παροχής νερού σε έναν υδροστρόβιλο) - όσο μεγάλα και απομακρυσμένα αντίβαρα και αν είχε - . Ο Άνταμ Γούντγορντ (Adam Woodward) χρησιμοποίησε το 1870 μια πιο σύνθετη διάταξη, στην οποία ο ρυθμιστής του Βαττ κινούσε ένα συμπλέκτη, που με τη σειρά του κινούσε τη βαλβίδα τροφοδοσίας.

Ο Νόρμπερτ Βίνερ (Norbert Wiener) εισήγαγε το 1947 την έννοια μιας γενικής θεωρίας για "τον έλεγχο και την επικοινωνία στα ζώα και τις μηχανές" (όπως αναφέρει στον υπότιτλο του βιβλίου του), την οποία ονόμασε Κυβερνητική. Ο όρος "κυβερνητική" έχει την έννοια της τέχνης της διακυβέρνησης ή της εντολής, όπως τη διατύπωσε ο φιλόσοφος Πλάτων τον

16

17

5ο αιώνα π.Χ. Ο Βίνερ ανέπτυξε και το μαθηματικό υπόβαθρο της θεωρίας του, που αποτελεί τη βάση της σύγχρονης επιστήμης του αυτοματισμού.

Τις τελευταίες δεκαετίες ο αυτοματισμός αναμορφώνεται και εμπλουτίζεται διαρκώς από την επαφή του με την ψηφιακή τεχνολογία. Οι υπολογιστές και οι ψηφιακές διατάξεις κατάγονται αρχικά από τις διατάξεις αυτοματισμού: οι πρώτες προγραμματιζόμενες συσκευές ήσαν οι αργαλειοί πολλαπλών σχεδίων που κατασκεύασε ο Ζοζέφ Μαρί Ζακάρ (Josef Mari Jacquard) το 1804.

Σήμερα, οι τεχνολογίες πληροφορικής και αυτοματισμού ενοποιούνται σε πολλά σημεία, ώστε οι βιομηχανικές εφαρμογές του αυτοματισμού συχνά να ονομάζονται και Βιομηχανική Πληροφορική.

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ Η σημερινή ανάπτυξη του Αυτοματισμού είναι η κατάληξη μιας

εξελικτικής πορείας της τεχνολογίας. Η ιστορική διαδρομή του Αυτοματισμού ξεκινάει από τις σημαντικές εφευρέσεις των αρχαίων Ελλήνων μηχανικών, περνάει από το Βυζάντιο, τις μηχανές και τα ρολόγια του Ευρωπαϊκού Μεσαίωνα και της Αναγέννησης. Ο Αυτοματισμός απέκτησε τη σύγχρονη φυσιογνωμία του κατά τη βιομηχανική περίοδο.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ 1. Αναφέρατε τις κύριες περιόδους της ιστορικής διαδρομής του

Αυτοματισμού. 2. Αναφέρατε και περιγράψτε μια διάταξη αυτοματισμού της αρχαιότητας. 3. Αναφέρατε και περιγράψτε μια διάταξη αυτοματισμού της

προβιομηχανικής περιόδου. 4. Αναφέρατε και περιγράψτε μια διάταξη αυτοματισμού της βιομηχανικής

εποχής.