История роботов. Творцы исламских автоматов

Продолжение. Начало в ТрВ-Наука №№ 330, 332, 334, 336, 339.

Средневековье часто называют «темным временем» из-за упадка и гибели Западной Римской империи и многих веков варварства, но не бывает кромешной тьмы: если солнце заходит в одной части света, то его лучи обязательно озаряют другую. Так же получилось и с развитием наук, изобретений и ремесел. К VIII веку мусульмане получили политический контроль над грекоязычными Сирией, Египтом и Палестиной, а также большей частью Персидской империи Сасанидов, которая также находилась под сильным влиянием эллинской интеллектуальной традиции.

Арабская экспансия способствовала переводу греческих текстов на арабский язык как для целей управления территорией, так и для повседневной жизни на протяжении всего периода Омейядов. Несколько позже, в VIII веке, в Багдаде, аббасидские элиты находились под сильным влиянием сасанидской культуры, которая ставила во главу угла создание правительственного архива. Бюрократы и придворные при халифе Гаруне аль-Рашиде осуществляли переводы персидских текстов на арабский язык. Сын и преемник Гаруна аль-Рашида аль-Мамун продолжал поддерживать политику отца по переводу текстов, в том числе и тех текстов, которые относились к таким предметам, как математика, геодезия, астрономия, инженерия. Труды греческих математиков, изобретателей и механиков Филона (III век до н. э.) и Герона (I век н. э.), работавших в Александрии, были переведены, изучены и развиты арабскими авторами, наиболее известными из которых были братья Бану Муса в Багдаде IX века и аль-Джазари в Диярбакыре XIII века.

Во время правления аль-Мамуна в Багдаде был основан Дом мудрости (Бейт аль-хикма), созданный в подражание старинной персидской академии Джундишапура. В Доме мудрости находились библиотека и обсерватория. Правитель содержал штат переводчиков, переписчиков и переплетчиков. Он лично выбирал и спонсировал философов, лингвистов, врачей, математиков, астрономов, юристов и других ученых.

В исламской академии аль-Мамуна работали астроном и математик аль-Хорезми и три инженера, создатели автоматов, известные как братья Бану Муса (Мухаммад, Ахмад и ал-Хасан). Они были тремя сыновьями Мусы ибн Шакира (бывшего бандита, астронома и друга аль-Мамуна), выросшими при дворе Аббасидов, где получили основательное образование в области астрономии, математики, инженерии и геометрии. Их трактат о создании автоматов, «Китаб фи марифат аль-хиял аль-хандасийя» («Книга знаний об остроумных механических устройствах»), был написан около 850 года. Он содержал богато проиллюстрированные проекты почти ста автоматов, в работе которых использовались принципы гидростатики, аэростатики и механики.

При дворе Аббасидов благодаря их интересу к изготовлению автоматов появились устройства, которые оказались больше и сложнее описанных в александрийских трактатах: искусственные птицы, музыкальные фонтаны и водяные часы с подвижными частями. Еще в 827 году халиф аль-Мамун, покровитель Бану Муса, завел во дворце искусственное дерево, украшенное механическими птицами, похожими по своим очертаниям на рисунки из средневекового кодекса XIII века, которые изображали механических птиц, описанных в трактате «Пневматика» Герона Александрийского.

Для развлечения халифа и его двора Бану Муса придумали автомат, который мог играть на духовом музыкальном инструменте бесконечно долго. Вначале был создан автомат, в нем поршневой насос толкал воздух, приводящий в движение вращающийся цилиндр с рычагами, закрепленными в канавках, концы которых соприкасались с неподвижными приподнятыми штифтами, расположенными на боковой поверхности цилиндра. Рычаги открывали и закрывали отверстия на флейте, куда тоже подавался воздух, и таким образом флейта издавала звук. Цилиндры с рычагами, штифтами и «запрограммированными» на них мелодиями были сменные, таким образом можно было менять репертуар либо построить несколько автоматов, сокрытых внутри антропоморфных статуй, изображающих музыкантов. Другим интересным творением были фонтаны, высота струй которых менялась через определенные интервалы времени, а также механическая девушка в полный человеческий рост, подающая чай, созданная явно по образу виночерпия Филона. Принципы работы этих механизмов основывались на силе давления воды.

Спустя два с половиной столетия после работ Бану Муса в исламском мире родился еще один самородок, продвинувший технический прогресс, создав целый оркестр музыкальных автоматов, диковинные водяные часы, кодовый замок, коленчатый вал, двухтактные клапанные насосы, дамбы, водоподъемные машины и многое другое.

Абу аль-Из ибн Исмаил ибн аль-Раззаз аль-Джазари, или просто Исмаил аль-Джазари, как предполагает большинство исследователей, родился в 1136 году. Последняя часть имени, аль-Джазари, обозначает место происхождения. Хотя история не помнит точного места рождения будущего мастера, широко распространено мнение, что оно находилось в исторической области Верхней Месопотамии.Большая часть того, что мы знаем о жизни аль-Джазари, происходит из его главной работы и самого большого достижения — рукописи, известной как «Книга знаний об остроумных механических устройствах». Буквальный перевод оригинального арабского названия: «Книга знаний инженерных фокусов (или трюков)», что соответствует отношению к механическим устройствам в античности. То есть удивительные автоматически действующие механизмы использовались в качестве украшения дворцов или развлечения избранного круга лиц, а не для применения в производстве.

В книге говорится, что аль-Джазари пошел по стопам своего отца, служа главным инженером при дворе Артукидов — могущественной тюркской династии, правившей на территории Западной Армении, Северной Сирии и Северного Ирака в XII–XIV веках. «Книга знаний» была создана в 1206 году. В ней аль-Джазари подробно описывает сотню различных устройств, а также дает инструкции, как их можно сконструировать. Многое из описанного было известно еще с древности. Стоит отметить, что Исмаил аль-Джазари, скорее всего, был не изобретателем в традиционном смысле этого слова, а скорее практичным инженером, обладающим навыками понимания сложного подхода, необходимого для создания этих уникальных вещей. Тем не менее, часть механизмов он самостоятельно разработал, о чем неоднократно упоминается в тексте, также там говорится, что все устройства, описанные в книге, были построены самим аль-Джазари. Уникальность этих изобретений и их эффективность, казалось бы, сделали аль-Джазари очень заметной и популярной фигурой. Его книга стала своего рода средневековым бестселлером, так как существует множество ее копий и отрывков. Труд аль-Джазари напоминает работу Бану Муса не только сходным названием книги, но и множеством иллюстраций, подобным изображениям из рукописи багдадских инженеров.

Истинный блеск гения Исмаила аль-Джазари демонстрируют созданные им автоматы, начиная с самых ранних работ, являвшихся усовершенствованием наработок предшественников, — автоматы-служанки, наливавшие и подававшие воду, чай или вино или льющие воду, чтобы гость мог помыть руки. Но, пожалуй, самым уникальным из его автоматов стал музыкальный «оркестр роботов». Это была лодка с четырьмя искусственными музыкантами, предназначенными для развлечения гостей. Изобретение демонстрирует сложную систему водяных и вращающихся кулачковых механизмов, используемых для приведения в движение автоматов и их инструментов. Не исключено, что основным используемым инструментом был барабан, темп игры которого можно было менять различным расположением кулачков. В книге указано, что музыкальный автомат издавал очень громкие звуки и мог исполнять несколько уникальных мелодий.

На этом аль-Джазари не остановился, конструкция немного изменилась и была использована в дальнейшем в виде часов. Аль-Джазари создал сложный искусственный оркестр, служивший для развлечения гостей, а также отмерявший время. Он состоял из нескольких фигур, соединенных вместе: двух цимбалистов, двух трубачей и трех ударников. Уникальный механизм служил часами, производя короткое музыкальное представление, отмеряя каждый час. Таким образом, устройство сочетало в себе как практическую ценность, так и развлекательную функцию.

Как и большинство изобретений аль-Джазари, эти часы приводились в действие сложным механизмом, использующим воду, кулачки и струны. Музыканты были соединены с большим колесом, вращаемым водой. Ежечасное «оживание» оркестра обеспечивалось медленным капанием воды, отмерявшей время, из большого резервуара в меньший, который, в конце концов, опрокидывался и давал начало движению.

Самым знаменитым на сегодняшний день устройством, созданным аль-Джазари, являются часы в виде слона. Механизм, приводивший часы в действие, был скрыт в большой скульптуре азиатского слона: внутри нее располагались резервуар с водой и плавающая в нем чаша с отверстием по центру, вращавшаяся и постепенно заполнявшаяся жидкостью. Когда чаша, наполнившись, погружалась под воду, то тянула веревку, прикрепленную к балансиру в башне на спине слона. Это, в свою очередь, приводило в движение фигуру сокола, начинавшую петь, и высвобождению из корзины металлического шара, падавшего сначала на голову птицы, а оттуда — в пасть скульптуры змея, после чего та наклонялась вперед и вытаскивала чашу из воды с помощью струн. Эти струны также заставляли скульптуру правителя, сидевшего на слоне, поднимать левую или правую руку, а попадание шара в вазу приводило к тому, что скульптура погонщика ударяла в барабан, вследствие чего стрелка циферблата перемещалась в нужном направлении и указывала либо полчаса, либо полный час. Затем скульптура змея возвращалась назад, и цикл повторялся, пока в корзине оставались шары. Дважды в день конструкция возвращалась в исходное положение. Резервуар разделялся на два отсека: верхний сообщался непосредственно с механизмом указания времени, а нижний — с другим механизмом, контролировавшим силу потока. На рассвете, когда кран открывали, вода из верхней части резервуара стекала в нижнюю, где с помощью упомянутого механизма поддерживалось постоянное давление. Это было сделано для того, чтобы учитывать неравномерную продолжительность дня в зависимости от времени года.

Описывая устройство, аль-Джазари отмечал, что «слон символизирует индийскую и африканскую культуры, два дракона представляют китайскую культуру, феникс — персидскую, вода — греческую, а тюрбан — исламскую». Что свидетельствует об уважении, с которым мастер относился к другим народам и творчеству других изобретателей, а также об отсутствии у него намерения присвоить более ранние изобретения и выдать их за свои собственные.

Сегодня существуют многочисленные копии слоновьих часов, а их дизайн до сих пор столь же удивителен, как и столетия назад, что прекрасно демонстрирует блеск ума аль-Джазари. В Швейцарии, напротив Музея часов городка Ле-Локль, в замке де Мон, есть полноразмерная рабочая копия. Еще одна находится в Дубае (Объединенные Арабские Эмираты) внутри большого торгового центра «Ибн Баттута Молл». Часы в форме слона также были изготовлены в 2016 году для выставки в Центре искусств и медиатехнологий (Карлсруэ, Германия), посвященной выходу книги Зигфрида Зелински и Петера Вайбеля «Автоматы Аллаха».

Хотя часы в виде слона выглядят очень впечатляюще, пожалуй, самым удивительным дизайном обладали Дворцовые часы, выполненные, как понятно из названия, в виде резиденции халифа. Их высота достигала почти 3,4 м. Сложная конструкция служила не только часами, но и отображала движения солнца и луны. Каждый час автоматические двери в центре композиции открывались, выдвигая вперед движущуюся фигуру, которая показывала время. Аль-Джазари использовал серию автоматических фигур, игравших музыку, управляемую коленчатыми валами и водяными колесами. Конструкция на многие столетия опередила время, позволяя перепрограммировать длину дня в зависимости от времени года. Дворцовые часы аль-Джазари сегодня считаются одним из первых программируемых аналоговых компьютеров.

В конце ХХ века исследователи из японского Университета Васэда, вдохновленные работами Бану Муса и аль-Джазари, начали создавать антропоморфного робота-флейтиста. Их работа длилась в период с 1990 по 2009 год, за это время были созданы восемь прототипов робота, а последняя модель выдувала воздух уже с помощью устройства, похожего по принципу работы на человеческие легкие. Робот-флейтист мог исполнять 41 запрограммированную композицию.

Александр Речкин