Ismail al-Jazari
Badīʿ Az-Zaman Abu L-, ibn ismāʿīl ibn ar-Razāz al-Jazarī (1136–1206, árabe: بديع الزمان أدبُ اecconc., ingeniero mecánico, artesano, artista y matemático de la dinastía Artuqid de Jazira en Mesopotamia. Es mejor conocido por escribir El libro del conocimiento de ingeniosos dispositivos mecánicos (árabe: كتاب في معرفة الحيل الهندسية, romanizado: Kitab fi ma'rifat al-hiyal al-handasiya, lit. 'Libro en el conocimiento de los trucos de ingeniería') en 1206, donde describió 50 dispositivos mecánicos, junto con instrucciones sobre cómo construirlos. Se le atribuye la invención del reloj elefante. Ha sido descrito como el "padre de la robótica" y la ingeniería moderna.
Biografía
Al-Jazari nació en el área de la Alta Mesopotamia en 1136. Las fuentes afirman que se desconoce su ubicación exacta, pero especulan que podría haber nacido en Jazirat ibn Umar, de donde obtuvo el nombre Jazari o Al-Jazira que se usaba para denota la Alta Mesopotamia. La única información biográfica que se conoce sobre él está contenida en su Libro de Conocimientos de Ingeniosos Dispositivos Mecánicos. Al igual que su padre antes que él, se desempeñó como ingeniero jefe en el Palacio Artuklu, la residencia de la rama de Mardin de los Artuqids que gobernó en el este de Anatolia como vasallos de la dinastía Zengid de Mosul y más tarde del general ayyubí Saladino. Aunque su origen étnico no es seguro, hay ideas de que es de origen árabe.
Al-Jazari era parte de una tradición de artesanos y, por lo tanto, era más un ingeniero práctico que un inventor que parece haber estado "más interesado en la artesanía necesaria para construir los dispositivos que en la tecnología que hay detrás de ellos" y sus máquinas solían ser "ensamblado por prueba y error en lugar de por cálculo teórico". Su Libro del conocimiento de ingeniosos dispositivos mecánicos parece haber sido bastante popular, ya que aparece en una gran cantidad de copias manuscritas y, como explica repetidamente, solo describe dispositivos que él mismo ha construido. Según Mayr, el estilo del libro se asemeja al de un libro moderno de "hágalo usted mismo".
Algunos de sus dispositivos se inspiraron en dispositivos anteriores, como uno de sus monumentales relojes de agua, que se basó en el de un pseudo-Arquímedes. También cita la influencia de los hermanos Banū Mūsā para sus fuentes, al-Saghani para el diseño de un reloj de velas y Hibatullah ibn al-Husayn (m. 1139) para los autómatas musicales. Al-Jazari continúa describiendo las mejoras que hizo en el trabajo de sus predecesores y describe una serie de dispositivos, técnicas y componentes que son innovaciones originales que no aparecen en los trabajos de sus predecesores.
Mecanismos y métodos
El aspecto más significativo de las máquinas de al-Jazari son los mecanismos, componentes, ideas, métodos y características de diseño que emplean.
Árbol de levas
Un árbol de levas, un eje al que se unen las levas, fue introducido en 1206 por al-Jazari, quien las empleó en sus autómatas, relojes de agua (como el reloj de velas) y máquinas elevadoras de agua. La leva y el árbol de levas también aparecieron en mecanismos europeos a partir del siglo XIV.
Cigüeñal y mecanismo de cigüeñal-deslizador
El mango montado excéntricamente de la piedra de molino giratoria en la España del siglo V a. C. que se extendió por todo el Imperio Romano constituye una manivela. La evidencia más temprana de un mecanismo de manivela y biela data del siglo III d. C. en el aserradero de Hierápolis en el Imperio Romano. La manivela también aparece a mediados del siglo IX en varios de los dispositivos hidráulicos descritos por los hermanos Banū Mūsā en su Libro de los Dispositivos Ingeniosos.
En 1206, al-Jazari inventó uno de los primeros cigüeñales, que incorporó con un mecanismo de manivela y biela en su bomba de dos cilindros. Al igual que el cigüeñal moderno, el mecanismo de al-Jazari consistía en una rueda que ponía en movimiento varias muñequillas; el movimiento de la rueda era circular y las muñequillas se movían de un lado a otro en línea recta. El cigüeñal descrito por al-Jazari transforma el movimiento giratorio continuo en un movimiento alternativo lineal y es fundamental para la maquinaria moderna, como la máquina de vapor, el motor de combustión interna y los controles automáticos.
Usó el cigüeñal con una biela en dos de sus máquinas elevadoras de agua: la bomba de cadena saqiya impulsada por manivela y la bomba de succión de pistón alternativo de doble acción. Su bomba de agua también empleó el primer mecanismo deslizante de manivela conocido.
Métodos de diseño y construcción.
El historiador de tecnología inglés Donald Hill escribe:
Vemos por primera vez en el trabajo de al-Jazari varios conceptos importantes tanto para el diseño como para la construcción: la laminación de la madera para minimizar la deformación, el equilibrio estático de las ruedas, el uso de plantillas de madera (una especie de patrón), el uso de papel modelos para establecer diseños, el calibrado de orificios, el esmerilado de los asientos y obturadores de válvulas junto con polvo de esmeril para obtener un encaje hermético, y la fundición de metales en cajas de molde cerrado con arena.
Mecanismo de escape en una rueda giratoria
Al-Jazari inventó un método para controlar la velocidad de rotación de una rueda mediante un mecanismo de escape.
Controles mecánicos
Según Donald Hill, al-Jazari describió varios controles mecánicos tempranos, que incluyen "una gran puerta de metal, una cerradura de combinación y una cerradura con cuatro cerrojos".
Engranaje segmentario
Un engranaje segmentario es "una pieza para recibir o comunicar movimiento alternativo desde o hacia una rueda dentada, que consiste en un sector de un engranaje circular o anillo, que tiene dientes en la periferia o cara". La profesora Lynn Townsend White, Jr. escribió:
Los engranajes segmentados aparecen claramente por primera vez en al-Jazari, en Occidente emergen en el reloj astronómico de Giovanni de Dondi terminado en 1364, y solo con el gran ingeniero sienés Francesco di Giorgio (1501) entraron en el vocabulario general del diseño de máquinas europeo.
Máquinas elevadoras de agua
Al-Jazari inventó cinco máquinas para elevar agua, así como molinos de agua y ruedas hidráulicas con levas en su eje utilizadas para operar autómatas, en los siglos XII y XIII, y las describió en 1206. Fue en estas máquinas de elevación de agua que él presentó sus ideas y componentes más importantes.
Bombas de cadena Saqiya
El primer uso conocido de un cigüeñal en una bomba de cadena fue en una de las máquinas saqiya de al-Jazari. El concepto de minimizar el trabajo intermitente también está implícito por primera vez en una de las bombas de cadena saqiya de al-Jazari, cuyo propósito era maximizar la eficiencia de la bomba de cadena saqiya. Al-Jazari también construyó una bomba de cadena saqiya para elevar el agua que funcionaba con energía hidroeléctrica en lugar de mano de obra manual, aunque los chinos también usaban energía hidroeléctrica para bombas de cadena antes que él. Las máquinas Saqiya como las que describió han estado suministrando agua en Damasco desde el siglo XIII hasta los tiempos modernos, y se usaban todos los días en todo el mundo islámico medieval. Curiosamente, la representación de la cadena en la bomba de al-Jazari parece tener la forma de una tira de Möbius, mucho antes de que la tira de Möbius fuera identificada por primera vez como objeto de estudio en matemáticas.
Bomba de succión de doble acción con válvulas y movimiento de pistón alternativo
Citando el sifón bizantino utilizado para descargar el fuego griego como inspiración, al-Jazari pasó a describir su versión de tubos de succión, bomba de succión, bomba de doble acción, e hizo uso temprano de válvulas y un mecanismo de biela de cigüeñal, cuando desarrolló una bomba de succión de pistón alternativo de dos cilindros. Esta bomba es accionada por una rueda hidráulica, que impulsa, mediante un sistema de engranajes, una varilla ranurada oscilante a la que se unen las varillas de dos pistones. Los pistones trabajan en cilindros opuestos horizontalmente, cada uno provisto de tuberías de succión y descarga operadas por válvulas. Las tuberías de suministro se unen por encima del centro de la máquina para formar una única salida al sistema de riego. Esta máquina elevadora de agua tuvo un significado directo para el desarrollo de la ingeniería moderna. Esta bomba es notable por tres razones:
- El primer uso conocido de una tubería de succión verdadera (que succiona fluidos a un vacío parcial) en una bomba.
- La primera aplicación del principio de doble efecto.
- La conversión de movimiento rotatorio a alternativo a través del mecanismo de biela-cigüeñal.
La bomba de pistón de succión de Al-Jazari podría levantar 13,6 metros de agua, con la ayuda de tuberías de suministro. Sin embargo, no era más eficiente que la noria comúnmente utilizada por el mundo musulmán en ese momento.
Sistema de suministro de agua
al-Jazari desarrolló el primer sistema de suministro de agua impulsado por engranajes y energía hidroeléctrica, que se construyó en Damasco en el siglo XIII para suministrar agua a sus mezquitas y hospitales de Bimaristan. El sistema tenía agua de un lago que giraba una pala y un sistema de engranajes que transportaba jarras de agua hasta un canal de agua que conducía a las mezquitas y hospitales de la ciudad.
Autómatas
Al-Jazari construyó pavos reales en movimiento automatizados impulsados por energía hidroeléctrica. También inventó las primeras puertas automáticas conocidas, que funcionaban con energía hidroeléctrica, creó puertas automáticas como parte de uno de sus elaborados relojes de agua e inventó ruedas hidráulicas con levas en su eje que se usaban para operar autómatas. Según la Encyclopædia Britannica, el inventor del Renacimiento italiano Leonardo da Vinci puede haber sido influenciado por los autómatas clásicos de al-Jazari.
Mark E. Rosheim resume los avances en robótica realizados por ingenieros musulmanes, especialmente al-Jazari, de la siguiente manera:
A diferencia de los diseños griegos, estos ejemplos árabes revelan un interés, no solo en la ilusión dramática, sino también en la manipulación del entorno para la comodidad humana. Así, la mayor aportación de los árabes, además de preservar, difundir y construir sobre la obra de los griegos, fue el concepto de aplicación práctica. Este era el elemento clave que faltaba en la ciencia robótica griega.
Los árabes, por otro lado, mostraron interés en crear máquinas similares a las humanas para fines prácticos, pero carecían, como otras sociedades preindustriales, de un impulso real para dedicarse a su ciencia robótica.
Camarera de servicio de bebidas
Uno de los autómatas humanoides de al-Jazari era una camarera que podía servir agua, té o bebidas. La bebida se almacenó en un tanque con un depósito desde donde la bebida gotea en un cubo y, después de siete minutos, en una taza, después de lo cual la camarera aparece por una puerta automática sirviendo la bebida.
Autómata lavamanos con mecanismo de descarga
Al-Jazari inventó un autómata de lavado de manos que incorpora un mecanismo de descarga que ahora se usa en los inodoros modernos. Este dispositivo es otro ejemplo de autómata humanoide. Consistía en una figura humana, hecha de cobre articulado, que sostenía en su mano derecha un cántaro parecido a un pavo real. El cántaro está hecho de latón y contiene en su interior una cámara, dividida en dos partes por una placa de metal. Este mecanismo ayudó a verter el agua del pico para que fuera suave y no chisporroteara. El depósito en el que se mantiene el agua está situado en el lado derecho de la figura humana. Se encaja un eje en el codo derecho de la figura humana para permitir que el líquido salga del depósito a través del pico de la jarra. El brazo izquierdo de la figura tenía un peso fijo que subía y bajaba el brazo que sostenía una toalla, un peine y un espejo.
Este autómata fue diseñado para ayudar al rey mientras realizaba sus abluciones rituales. Un sirviente del rey llevaría la figura y la colocaría junto a un recipiente que pudiera contener líquido. Luego, el sirviente giró una perilla en la parte posterior de la figura que abrió una válvula que resultó en el vertido de agua de la mano derecha de la figura en el recipiente. Cuando el depósito está casi vacío y se ha vertido la mayor parte del agua, se activa un mecanismo y la mano izquierda de la figura, que sostiene la toalla, el peine y el espejo, se extiende en dirección al rey para que pueda secarse y cuidar su barba.
Fuente de pavo real con servidores automáticos
El agua y sus usos tienen una importancia particular en el Islam; ambos como parte integral de los procesos de lavado previos a la oración, wudu y ghusl, y una característica clave en los jardines islámicos: cuatro fuentes en el Jardín del Paraíso; el lugar de descanso final islámico al que se hace referencia en el Corán. Además, dado que Mesopotamia era un lugar naturalmente asolado por la sequía, las máquinas relacionadas con el agua tenían una función importante; tanto en un sentido divino como práctico.
A los mecanismos de las fuentes se dedicó una sección entera del Libro del conocimiento de los ingeniosos artificios mecánicos, titulada: 'Sobre la construcción en estanques de fuentes que cambian de forma, y de máquinas para la flauta perpetua'.
La "fuente de pavo real" de Al-Jazari era un dispositivo de lavado de manos más sofisticado que presentaba autómatas humanoides como sirvientes que ofrecían jabón y toallas. Mark E. Rosheim lo describe de la siguiente manera:
Tirar de un tapón en la cola del pavo real libera agua del pico; a medida que el agua sucia de la palangana llena la base hueca, un flotador se eleva y activa un mecanismo que hace que una figura de sirviente aparezca detrás de una puerta debajo del pavo real y ofrezca jabón. Cuando se usa más agua, un segundo flotador en un nivel más alto se dispara y provoca la aparición de una segunda figura de sirviente, ¡con una toalla!
El recipiente de la "fuente del pavo real" formaba el recipiente para realizar el wudu, y habría sido operado por un sirviente, quien habría sacado el tapón y posicionado el pico del pavo real; permitiendo que el mecanismo libere el agua en el recipiente frente al usuario.
Sin embargo, mientras que los objetos que mueven el agua, como la fuente del pavo real, tenían un uso ritual, se sugiere que la hidráulica que mueve el agua se usó de manera profana. Ayhan Aytes sugiere que:
Muchos de los dispositivos también tenían funciones adicionales que contradecían la omnipotencia divina. El propósito más profano de varios de sus autómatas hidráulicos y neumáticos era emborrachar a los invitados a las fiestas lo más rápido posible.
Banda de robots musicales
El trabajo de Al-Jazari describía fuentes y autómatas musicales, en los que el flujo de agua alternaba de un tanque grande a otro a intervalos de una hora o media hora. Esta operación se logró mediante su uso innovador de la conmutación hidráulica.
Al-Jazari creó un autómata musical, que era un bote con cuatro músicos automáticos que flotaban en un lago para entretener a los invitados en las fiestas de la realeza. El profesor Noel Sharkey ha argumentado que es muy probable que fuera uno de los primeros autómatas programables y que haya producido una posible reconstrucción del mecanismo; tiene una caja de ritmos programable con clavijas (levas) que topan con pequeñas palancas que operan la percusión. Se podría hacer que el baterista toque diferentes ritmos y diferentes patrones de batería si se movieran las clavijas.
El reloj de agua de los tamborileros
El reloj de agua de los tamborileros, que se diferencia de la banda de robots musicales en que carece de un muñeco que toca la flauta y en su lugar tiene dos trompetistas, consta de siete figuras masculinas articuladas en madera, incluidos los trompetistas antes mencionados, así como dos muñecos que tocan platillos. y el resto tocando otros instrumentos de percusión. El mecanismo de este autómata específico funciona como un reloj al producir una salida musical una vez cada hora, lo que ilustra la capacidad de Al-Jazari para crear autómatas multifacéticos que funcionaban a un nivel práctico y de entretenimiento. El movimiento del autómata es iniciado al amanecer por otro muñeco masculino, que se para en el borde del elemento friso del diseño, moviéndose hasta llegar a un punto específico en el que un halcón tallado se inclina hacia adelante dejando caer una bola de su pico en un platillo.Todos los aspectos mecánicos del autómata son entonces impulsados por agua y una serie de pistones y cables. Cada hora, el agua se drena de la cisterna principal y hace que otro balde se vuelque impulsando una rueda de agua que está conectada a los músicos. Se describe que el autómata "realiza un sonido clamoroso que se escucha desde lejos" y podría tocar varias melodías diferentes. Como muchos otros autómatas de Al-Jazari, este fue creado para entretener a los invitados en el palacio real.
Relojes
Al-Jazari construyó una variedad de relojes de agua y velas. Estos incluyeron un reloj de escritura portátil accionado por agua, que tenía un metro de alto y medio metro de ancho, reconstruido con éxito en el Museo de Ciencias en 1976. Al-Jazari también inventó relojes astronómicos monumentales accionados por agua que mostraban modelos en movimiento del Sol, la Luna, y estrellas
Relojes de vela
Según Donald Hill, al-Jazari describió los relojes de vela más sofisticados conocidos hasta la fecha. Hill describió uno de los relojes de velas de al-Jazari de la siguiente manera:
La vela, cuya velocidad de combustión era conocida, se apoyó contra la parte inferior de la tapa y su mecha pasó por el orificio. La cera se acumulaba en la hendidura y se podía quitar periódicamente para que no interfiriera con la quema constante. La parte inferior de la vela descansaba en un plato poco profundo que tenía un anillo en un lado conectado a través de poleas a un contrapeso. A medida que la vela se consumía, el peso la empujaba hacia arriba a una velocidad constante. Los autómatas se operaron desde el plato en la parte inferior de la vela. No se conocen otros relojes de vela de esta sofisticación.
El reloj de velas de Al-Jazari también incluía una esfera para mostrar la hora y, por primera vez, empleaba un ajuste de bayoneta, un mecanismo de sujeción que aún se usa en los tiempos modernos.
Reloj elefante
El reloj de elefante descrito por al-Jazari en 1206 destaca por varias innovaciones. Fue el primer reloj en el que un autómata reaccionaba tras determinados intervalos de tiempo (en este caso, un robot humanoide golpeando el címbalo y un pájaro robótico mecánico piando) y el primer reloj de agua que registraba con precisión el paso de las horas temporales para que coincidiera con el Duración irregular de los días a lo largo del año.
Reloj del castillo
El reloj astronómico más grande de Al-Jazari era el "reloj del castillo", que era un dispositivo complejo que medía unos 3,4 m (11 pies) de altura y tenía múltiples funciones además del cronometraje. Incluía una pantalla del zodíaco y las órbitas solar y lunar, y una característica innovadora del dispositivo era un puntero en forma de luna creciente que viajaba a través de la parte superior de una puerta de entrada, movido por un carro oculto y provocaba puertas automáticas. para abrir, cada uno revelando un maniquí, cada hora. Otra característica innovadora fue la capacidad de reprogramar la duración del día y la noche para tener en cuenta sus cambios a lo largo del año.
Otra característica del dispositivo eran cinco músicos autómatas que tocan música automáticamente cuando se mueven por palancas operadas por un árbol de levas oculto unido a una rueda hidráulica. Otros componentes del reloj del castillo incluían un depósito principal con un flotador, una cámara de flotación y un regulador de flujo, una placa y un canal de válvula, dos poleas, un disco de media luna que mostraba el zodíaco y dos autómatas de halcón que arrojaban bolas en jarrones. El reloj del castillo de Al-Jazari se considera la primera computadora analógica programable.
Relojes de agua accionados por peso
Al-Jazari inventó relojes de agua que funcionaban tanto con agua como con pesas. Estos incluían relojes con engranajes y un reloj de escritura portátil accionado por agua, que tenía un metro de alto y medio metro de ancho. El escribano con su pluma era sinónimo de la manecilla horaria de un reloj moderno. El famoso reloj de escritura accionado por agua de Al-Jazari fue reconstruido con éxito en el Museo de Ciencias de Londres en 1976.
Pinturas en miniatura
Además de sus logros como inventor e ingeniero, al-Jazari también fue un artista consumado. En El libro del conocimiento de ingeniosos dispositivos mecánicos, dio instrucciones de sus inventos y los ilustró usando pinturas en miniatura, un estilo medieval del arte islámico.
Uno de los relojes de vela de al-Jazari.
La banda de robots musicales diseñada por al-Jazari.
Un dispositivo autómata de mesa diseñado por al-Jazari.
El autómata lavamanos con mecanismo de descarga diseñado por al-Jazari.
Dispositivo de bomba de cadena saqiya de energía hidroeléctrica de Al-Jazari.
Una ilustración de un dispositivo inventado por al-Jazari.
Un boceto de un dispositivo diseñado por al-Jazari. Del manuscrito de Kitabal Al-Hial en el Museo Aga Khan, Toronto.