Monday, January 1, 2007

Τα κινητά αυτόματα του Ήρωνος
Η έννοια του προγραμματισμού


Όπως γνωρίζετε στην αρχαία Ελλάδα είχαν κατασκευαστεί αυτόματες μηχανές, ικανές να επιτελούν ένα προκαθορισμένο έργο. Ένα παράδειγμα είναι και η αυτόματη θεραπαινίδα (υπηρέτρια) του Φίλωνα του Βυζαντίου. Τα αυτόματα στην αρχαία Ελλάδα αντιπροσώπευαν αυτά που σήμερα ονομάζουμε ρομπότ. Βέβαια κάποιοι θα προτρέξουν και θα ισχυριστούν ότι τα σημερινά ρομπότ έχουν ένα βασικό χαρακτηριστικό, που τα ξεχωρίζει από τα αυτόματα της αρχαίας Ελλάδας. Αυτό δεν είναι άλλο από τον... προγραμματισμό. Δηλαδή εκείνη τη διαδικασία με την οποία είμαστε σε θέση να αλλάζουμε την συμπεριφορά ενός συγκεκριμένου ρομπότ. Στην πραγματικότητα όμως ο προγραμματισμός των αυτομάτων (ρομπότ) είναι μια διαδικασία που εφευρέθηκε στην αρχαία Ελλάδα!

Λεπτομέρειες
Το πρόβλημα της κίνησης των ρομπότ αντιμετωπίστηκε στην αρχαία Ελλάδα με την κατασκευή κινούμενων αυτομάτων μικρών ή μεγάλων διαστάσεων. Κλασικό παράδειγμα αποτελεί ο κινητός ναός του Διονύσου που κατασκευάστηκε από τον Ήρωνα. Επρόκειτο για έναν ναό που είχε τη δυνατότητα κίνησης (πέρα από αυτό είχε και κάποια επιπλέον χαρακτηριστικά). Μπορούσε να κινείται εμπρός - πίσω ή να παραμένει ακίνητος. Το βασικότερο όλων ήταν η δυνατότητα καθορισμού της κίνησης από τον χρήστη. Δηλαδή ήσουν σε θέση να προγραμματίζεις πολύ εύκολα τον τρόπο κίνησης του ναού. Προγραμμάτιζες πότε και για πόσο θα κινούταν μπροστά, πίσω ή θα παρέμενε ακίνητος. Ουσιαστικά πρόκειται για μια μέθοδο τριαδικού προγραμματισμού, η οποία υλοποιούταν με έναν εύκολο και συνάμα πανέξυπνο τρόπο. Τέτοιοι ναοί χρησιμοποιήθηκαν στα αρχαία θέατρα και προκαλούσαν εντυπωσιασμό στους θεατές.

 

Κινητήρια συστήματα


Πριν κατανοήσουμε την μέθοδο προγραμματισμού, θα πρέπει πρώτα να δούμε τις μεθόδους κίνησης που χρησιμοποιούσαν στην αρχαία Ελλάδα. Δύο από τα βασικότερα κινητήρια συστήματα ήταν αυτό με το σύστρεμμα νεύρων και αυτό με το μολύβδινο βάρος, όπως αυτά φαίνονται στην παρακάτω εικόνα (απλοποιημένα μοντέλα).

Σύστρεμμα νεύρων: Το σύστρεμμα νεύρων είναι αντίστοιχο με την κίνηση που επιτυγχάνεται με ένα σπειροειδές ελατήριο (όπως αυτά που είχαν κάποτε τα μηχανικά ρολόγια. Όπως βλέπετε ακόμα και αυτή η ιδέα κίνησης είναι προνόμιο του αρχαίου Ελληνικού κόσμου). Όταν ελευθερωνόταν η ασφάλεια, τα νεύρα προσπαθούσαν να αποκτήσουν το αρχικό τους μέγεθος και να απελευθερώσουν όλη την δυναμική ενέργεια που αποθηκεύτηκε σε αυτά, όπως ακριβώς συμβαίνει σε ένα ελατήριο. Τα νεύρα ήταν έτσι διπλωμένα ώστε να περιστρέφουν τον άξονα στον οποίο ήταν τοποθετημένα (πάντα προς την ίδια κατεύθυνση). Πάνω στον άξονα περιστροφής των νεύρων ήταν δεμένη και η μία άκρη του σκοινιού κίνησης. Καθώς περιστρεφόταν ο άξονας το σκοινί τυλιγόταν γύρω από αυτόν και ξετυλιγόταν από τον άξονα κίνησης. Αυτό προκαλούσε την περιστροφή του άξονα κίνησης και κατ' επέκταση των τροχών. Μόλις τα νεύρα απελευθέρωναν όλοι την αποθηκευμένη ενέργεια η κίνηση σταματούσε. Η κίνηση επαναλαμβανόταν όταν τεντωνόντουσαν ξανά τα νεύρα. Αυτό γινόταν με την αντίρροπη περιστροφή του μοχλού. Η διαδικασία είναι ίδια με αυτήν που ακολουθούσαμε στα μηχανικά ρολόγια. Με έναν μοχλό ξανατεντώναμε το ελατήριο και κουρδίζαμε όπως λέγαμε το ρολόι. Το ίδιο ακριβώς κάνανε και στην αρχαιότητα. Κουρδίζανε τα αυτόματα κάθε φορά που θέλανε να τα χρησιμοποιήσουν.

Μολύβδινο βάρος: Το κινητήριο σύστημα με το μολύβδινο βάρος βασίζεται στην επίδραση της βαρύτητας. Καθώς πέφτει το βάρος μετακινεί και το σκοινί κίνησης, η μία άκρη του οποίου είναι δεμένη στο κέντρο του. Η μετακίνηση αυτή προκαλούσε την περιστροφή του άξονα κίνησης και κατ' επέκταση των τροχών. Είναι προφανές ότι η κίνηση που επιτυγχάνεται με αυτόν τον τρόπο είναι σύντομη και επιταχυνόμενη. Για να αποφευχθεί κάτι τέτοιο το βάρος δεν έπεφτε ελευθέρα στο κενό, αλλά βρισκόταν σε έναν θάλαμο γεμάτο χώμα. Από μια οπή στον πυθμένα, το χώμα έπεφτε σε έναν άλλο θάλαμο, ακριβώς κάτω από τον προηγούμενο. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα το άδειασμα του πρώτου θαλάμου και το γέμισμα του δεύτερου. Το βάρος που βρισκόταν στον πρώτο θάλαμο κατέβαινε σιγά σιγά καθώς άδειαζε ο θάλαμος από το χώμα. Η όλη κατασκευή θυμίζει μια κλεψύδρα και φαίνετε στην επόμενη εικόνα.

 

Ο προγραμματισμός


Μέχρι στιγμής είδαμε ότι και οι δύο προηγούμενες μέθοδοι κίνησης είχαν ως αποτέλεσμα το ξετύλιγμα του σκοινιού κίνησης και την περιστροφή (ή μη) του άξονα κίνησης. Πως όμως επιτυγχανόταν ο προγραμματισμός; Πως ήταν σε θέση να καθορίζουν τον τρόπο κίνησης του άξονα κατά βούληση;
Αυτό γινόταν πολύ εύκολα από τον τρόπο με τον οποίο ήταν τυλιγμένο το σκοινί κίνησης πάνω στον άξονα κίνησης. Μια δεξιόστροφη περιέλιξη προκαλούσε την κίνηση προς τα εμπρός και μια αριστερόστροφη προς τα πίσω (ή το αντίθετο). Αντίθετα μια ουδέτερη περιέλιξη δεν προκαλούσε περιστροφή. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται η αρχή λειτουργίας της κατασκευής.

Προκειμένου να αλλάξει το σχέδιο κίνησης του αυτομάτου, αρκούσε να αλλάξει ο τρόπος περιέλιξης του σκοινιού. Κάθε φορά που άλλαζε η περιέλιξη, επαναπρογραμματιζόταν η τελική κίνηση του ρομπότ. Ο κώδικας του προγράμματος ήταν ο τρόπος περιέλιξης του σκοινιού πάνω στον άξονα. Ο συνδυασμός του μήκους του σκοινιού και της τελικής ταχύτητας κίνησης, μπορούσε να καθορίσει την κίνηση του ρομπότ για προκαθορισμένα χρονικά διαστήματα (το σκοινί ξετυλίγετε σε τόσο χρόνο. Άρα τόσο σκοινί χρειαζόμαστε για να κινήσουμε το αυτόματο για ορισμένο χρόνο, προς μια κατεύθυνση κτλ).
Φυσικά ένα αυτόματο ήταν σε θέση να εκτελεί πολλαπλές κινήσεις. Για παράδειγμα μπορούσε να κινηθεί για λίγο μπροστά, έπειτα να μείνει ακίνητο μετά να ξανακινηθεί μπροστά, στη συνέχεια να κινηθεί προς τα πίσω κ.ο.κ. Οι κινήσεις αυτές ήταν πάντοτε προγραμματιζόμενες και κάθε φορά απαιτείτο μόνο ένα πρόγραμμα. Η μέθοδος προγραμματισμού των συστημάτων που εκτελούσαν πολλαπλές κινήσεις, φαίνεται στην επόμενη απλουστευμένη εικόνα.

Φυσικά όλα όσο παρουσίασα προηγουμένως είναι απλοποιημένα. Στην πραγματικότητα τόσο τα συστήματα κίνησης όσο και ο τρόπος περιέλιξης του σκοινιού ήταν αρκετά περίπλοκα. Πέρα από τα συστήματα ευθείας κίνησης υπήρχαν και αντίστοιχα συστήματα περιστροφικής κίνησης, συστήματα αναρτήσεων (ανελκυστήρες) ή ακόμα και συστήματα έλξεων (μηχανές που ήταν σε θέση να έλκουν ή να απωθούν. Να τραβάνε ή να σπρώχνουν σε απλά Ελληνικά). Για να πάρετε μια μικρή γεύση δείτε τις επόμενες εικόνες.

Το προγραμματιζόμενο κινητό αυτόματο του Ήρωνα αποτελεί μία εκπληκτική εφεύρεση, που άνοιξε το δρόμο για μια νέα τεχνολογική εποχή. Για πρώτη φορά ο άνθρωπος είχε την δυνατότητα να δίνει εντολές σε μια μηχανή και να καθορίζει εκ των προτέρων τις ενέργειές της σε δεδομένες χρονικές στιγμές. Ο Ήρων χρησιμοποίησε τον προγραμματισμό σε πλήθος κατασκευών του. δημιουργώντας μοναδικά αυτόματα συστήματα. Σχέδια αρκετών από αυτά παρουσιάζονται στο έργο του "Περί αυτοματοποιητικής" (η αυτοματοποιητική για την αρχαιότητα είναι ότι για τον σύγχρονο κόσμο η ρομποτική).

 

Βιβλιογραφία


1) Η μυστική αρχαιοελληνική τεχνολογία. Το μοναδικό θαύμα. Τόμος 1ος. Κοσμάς Μαρκάτος, Δημήτριος Παπαγεωργίου. Εκδόσεις Κάδμος.

No comments:

Post a Comment