Автоматон

Слово англ. automaton является латинизированной формой древнегреческого др.-греч. αὐτόματον, означающего «действующий по собственной воле». Впервые оно было использовано Гомером для описания автоматических дверей^[2] или движения колесных треножников^[3]. Обычно термин применяется к неэлектронным движущимся устройствам, особенно тем, которые имитируют движения людей или животных, например, фигуры на чекающих публичных часах, кукушка и другие анимированные персонажи на часах с кукушкой.

В древнегреческой мифологии встречается множество автоматонов: Гефест создавал автоматоны для своей мастерской^[4];^[5] Талос — искусственный бронзовый человек; царь Алкиной у феаков содержал золотых и серебряных собак^[6].^[7] По словам Аристотеля, Дедал использовал ртуть для одушевления своей деревянной статуи Афродиты^[8].^[9] Также в греческих преданиях Дедал одушевлял статуи с помощью ртути.

Автоматоны эллинистического мира создавались как инструменты, игрушки, религиозные зрелища или прототипы научных экспериментов. Многочисленные водяные автоматы были построены Ктесибийом — первым заведующим Александрийской библиотекой: например, он использовал воду для подачи сигнала и движения фигурок. Традиция продолжалась у таких изобретателей, как Герон Александрийский, чьи труды по гидравлике, пневматике и механике описывают сифоны, пожарные насосы, водяные органы и программируемые тележки^[10].^[11] Известен также Филон Византийский.

Сложные механические устройства были известны в эллинистической Греции, однако единственный сохранившийся пример — антикитерский механизм, считающийся древнейшим аналоговым компьютером^[12]. Механизм предположительно создавался на острове Родос, известном своими автоматонами. Поэтическое описание таких устройств приводит Пиндар в Олимпийской оде:

Оживлённые образы стоят

Украшая каждую улицу

И, кажется, дышат в камне,

Двигая свои мраморные стопы.

Последние исследования склоняются к возможному происхождению механизма из колоний Коринфа в Сицилии с намёком на связь с Архимедом.

Согласно еврейским легендам, царь Соломон создавал трон с механическими животными, которые его приветствовали; при его посадке орёл надевал ему на голову корону, а голубь приносил свиток Торы^[13].

В древнем Китае описание автоматона содержится в трактате «Ле-цзы» (ок. IV века н. э.), где инженер Янь Ши демонстрирует царю Чжоу Му искусственного человека, способного двигаться, петь и реагировать на прикосновения^[14].

Другие известные автоматоны: голубь Архита (остается упоминанием у Авла Геллия), а также искусственные летающие птицы, созданные, по китайским источникам, Чжан Лином и Мо-цзы в V веке до н. э^[15].

Традиции автоматостроения продолжались в византийском мире. В 949 году посол Лиутпранд Кремонский описал автоматоны во дворце императора Феофила, в числе которых были бронзовые львы и поющие птицы^[16]. Похожие устройства упоминал император Константин VII Багрянородный в трактате О церемониях.

В VIII–IX веках в Багдаде появились автоматоны, приводимые в движение ветром. Мусульманский алхимик Джабир ибн Хайян (Джебир) описал создание искусственных змей, скорпионов и людей. Халиф аль-Мамун имел в своём дворце серебряные и золотые деревья с механическими поющими птицами^[17], а халиф аль-Муктадир — аналогичные автоматы (917 год). В IX веке братья Бану Муса построили программируемого автоматического музыканта и опубликовали описание в Книге хитроумных устройств^[18].

Аль-Джазари (1206 г.) подробно описал программируемые гуманоидные автоматы и другие механизмы в Книге знаний о хитроумных механических устройствах^[19].^[20] Его автоматон в виде лодки с четырьмя автоматическими музыкантами развлекал гостей во время пиров^[21]. Это устройство имело программируемый барабанный механизм с кулачками и рычагами, позволяющими менять ритм^[22].

Аль-Джазари также построил автоматон для мытья рук, впервые использовав сливной механизм, ставший прототипом для современных унитазов^[23]. Его "павлиний фонтан" снабжался фигурками-слугами, подающими мыло и полотенца^[24].

В Китае Сун Су построил в 1066 году башенные водяные часы с механическими фигурками, отбивающими время^[25]. Санскритский трактат Самарангана Сутрадхара (XI в.), приписываемый Бходже, содержит главу о механических автоматах: механические пчёлы, птицы, фонтаны в образе людей и животных, автоматические куклы, которые подливают масло, танцуют и разыгрывают сцены из мифологии^[26].^[27][28]

Виллар де Оннекур, в своём альбоме 1230-х годов, изобразил ранний анкерный механизм и описал автомат ангела, непрерывно обращённого к Солнцу, а также автоматическую птицу с шарнирными крыльями, идеи которых вошли в конструкцию часов^[29].^[30]

В конце XIII века Роберт II, граф Артуа заложил в своём замке парк, где были установлены автоматоны для развлечения: обезьяньи марионетки, механические птицы, фонтаны и другие движущиеся скульптуры^[31].

В Китае эпохи Мин, при разрушении дворцов предыдущей династии Юань, были обнаружены автоматоны в форме тигров^[32].

В эпоху Возрождения интерес к автоматонам резко возрос. Труды Герона были отредактированы и переведены на латинский и итальянский языки. Пневматические и гидравлические автоматоны, как у Герона, украшали сады и гроты.

Джованни Фонтана (Падуя, ок. 1420 г.) создал трактат Bellicorum instrumentorum liber о военных и фантастических автоматах — от гигантских кукол до механических животных и святых^[33].

Первые часы часто совмещали функции автоматонов и были настоящими механическими зрелищами. В XIV веке появился астрономический часовой механизм в Страсбурге, занимающий целую стену собора, с автоматонами животных, святых и жизнью Христа; механический петух работал с 1352 по 1789 год^[34]. Пражские астрономические часы (1410 г.) дополнились движущимися фигурами с XVII века^[35]. В XVI веке часовые дела и производство автоматонов активно развивались в свободных городах Центральной Европы.

В 1454 году герцог Филипп Добрый создал грандиозное шоу Пир фазанa с гигантами, карликами и многочисленными автоматонами^[36].

В 1475 году в Италии был показан автоматон-верблюд на празднике в честь Камиллы Арагонской^[37].

Леонардо да Винчи создал сложного механического рыцаря (1495). Позднее его реконструировали: он мог двигать руками, крутить головой и садиться^[38].

Да Винчи приписывают и автоматона-льва, подаренного Франциску I; реконструкция этого устройства хранится в Кло-Люсе^[39].

В собрании Смитсоновского института есть часовой автоматон-монах, предположительно созданный Хуанело Турриано около 1560 года^[40].

Первое описание современных часов с кукушкой сделал Филипп Хайнхофер в 1629 году; к 1650-м их механизмы были широко известны благодаря трудам Афанасия Кирхера^[41].

В Японии с начала XVII в. появились механические куклы каракури. В 1662 г. Такеда Оми собрал первых больших театральных каракури, а сам жанр переживал расцвет в эпоху Эдо^[42].

Рене Декарт в XVII веке предлагал рассматривать животных как сложные машины, где органы соответствуют шестерням и рычагам^[43]. Во Франции того же времени появились первые механические игрушки — прототипы машин промышленной революции.

Первые биомеханические автоматоны — Флейтист (играл 12 мелодий) Жака де Вокансона (1737), а также Барабанщик и знаменитая Утка, способная имитировать пищеварение^[44].

В 1769 году Турок Кемпелена (шахматный автоматон) стал сенсацией европейских дворов, однако им управлял скрытый внутри человек.

В XVIII веке выделились часовщики Пьер Жаке-Дро и его сын Анри-Луи, а также Анри Майярде, создавший автоматон, способный рисовать и писать стихи. Аппарат Майярде хранится во Франклинском институте в Филадельфии. Бельгиец Джон Джозеф Мерлин разработал механизм автоматона Серебряный лебедь (The Silver Swan)^[45]. Французский мастер Юбер Мартине в 1774 году изготовил музыкального автоматона-слона, ныне в собрании Waddesdon Manor. Тигр Типу выполнен для султана Майсура.

Согласно Фуко, Фридрих II Великий был настолько увлечён автоматонами, что упоминал их как идеальный образец устройства армии и государства^[46].

В 1801 году Жозеф Мари Жаккар построил ткацкий автоматон, управлявшийся перфокартами.

В Китае XVIII–XIX вв. стали популярны автоматические часы и музыкальные автоматы, изготовленные специально для китайского рынка^[47].

Знаменитый иллюзионист Жан Эжен Робер-Уден (1805–1871) был известен своими автоматонами для сценических шоу^[48].^[49] Механические автоматоны были популярны среди иллюзионистов^[49].

В 1840 году итальянец Иноченцо Мандзетти построил автоматона в виде человека-флейтиста в натуральную величину. Механизм приводился в действие часовой пружиной и мог сыграть до 12 арий, реагировать глазами и движениями головы.

Между 1860 и 1910 годами во Франции расцвела целая индустрия автоматонов: семьи Бонтем, Ламбер, Фалибу, Рену, Roullet & Decamps, Теру и Виши производили тысячи часовых автоматонов и механических птиц, экспортируя их по всему миру.

Абстрактная теория автоматонов выделилась в середине XX века на основе конечных автоматов^[50], и сегодня применяется в информатике, биологии, физике, лингвистике.

Современные автоматоны часто создаются как произведения искусства. Примеры: Cabaret Mechanical Theatre (Великобритания), Томас Кунц, Артур Гэнсон, Джо Джонс (музыкант), и Le Défenseur du Temps Жака Монестье.

С 1990-х голландский художник Тео Янсен строит большие ветровые автоматоны strandbeest из ПВХ, способные передвигаться по пляжу за счёт энергии ветра и давления воздуха.

Известным британским мастером автоматонов был Сэм Смит (1908–1983)^[51].^[52][53]

В 2016 году программа NASA Innovative Advanced Concepts изучала концепцию вездехода — Автоматон-ровера для экстремальных условий (AREE), предназначенного для длительной работы в условиях Венеры. В отличие от электронных роботов, AREE должен действовать как полностью механический автоматон, управляемый механическим компьютером и приводимый во вращение ветром^[54].

Автоматон-часы — это часы, оборудованные встроенными механизмами-автоматонами, срабатывающими в определённые моменты (ежечасно, ежеквартально и т. д.). Такие часы производились с I века до н. э. до конца викторианской эпохи в Европе. Более ранние экземпляры обычно изображали религиозных или мифологических персонажей. Со временем персонажи автоматонов менялись в зависимости от актуальности и появлялись образы королей, музыкантов, промышленников. Примеры автоматон-часов: колесничие часы и часы с кукушкой. Музей Cuckooland специализируется на подобных устройствах.

В теории автоматов часы рассматриваются как таймер-автомат, особый случай конечного автомата^[55]. Количество состояний ограничено числом возможных комбинаций стрелок (43 200). Состояние автомата меняется каждую секунду (для часов). К автоматическим функциям относятся, например, выдвижение кукушки, что реализуется сложной системой рычагов, шестерен и кулачков внутри механизма^[56].^[57]