Д. М. Комський, Б.М. Игошев
Історія технічної іграшки йде своїм корінням в далеке минуле, так як вона пов'язана не тільки з розвитком іграшки взагалі, але і з розвитком техніки. Найбільш характерною особливістю технічної іграшки є її здатність до руху і навіть до саморуху. А саморушні механізми - автомати люди намагалися створювати ще в античні часи. Щоправда, в ту пору потреба в таких пристроях визначалася не стільки реальними практичними потребами суспільства (матеріальні цінності у якому створювалися в основному важкою фізичною працею рабів), скільки запитами рабовласницької знаті, котра потребувала предметах розкоші і розвагах. Творчі задуми вчених тієї епохи нерідко втілювалися тому в хитромудрих і забавних пристроях-іграшках, що імітували зовнішній вигляд і рухи людини і тварин і викликали інтерес пересиченої розвагами верхівки античного суспільства. Зрозуміло, що такі цікаві механізми-автомати можна було називати іграшками лише з деяким застереженням: вони розважали не дітей, а дорослих.
Втім, деякі з подібних пристроїв створювалися і з практичною метою, яка не мала, однак, нічого спільного з полегшенням людської праці. . Таким був, наприклад, автомат для продажу "святої" води, сконструйований на замовлення єгипетських жерців Героном Олександрійським ще в 1 ст. до нашої ери.
Для приведення в дію автоматів-іграшок стародавні механіки використовували енергію падаючого вантажу, яка витікає з отвору струменя води або висипати піску. До наших днів дійшли відомості про талановитих майстрів тієї далекої епохи і про створені ними саморушних пристроях-іграшках: літаючих птахів, що бігають і гарчать звірів і т. п. В одному з творів Герона - книзі "Пневматика" - описані кілька десятків таких автоматичних механізмів. А в іншому творі цього вченого та інженера, яке називається "Театр автоматів", описано навіть пристрій цілого театру, уявлення в якому розігрували фігурки-ляльки, які рухаються за допомогою системи зубчастих коліс, блоків і важелів.
П'єса, яку виконував "Театр автоматів" Герона, передавала легенду про Навпліі, що відноситься до часів Троянської війни, - помста Навпліі грекам, що побив його сина Паламеда камінням. П'єса містила п'ять актів і вісім картин. У першому акті глядач бачив, як данайці будують кораблі перед походом: вони пиляють, стругають, б'ють молотками; чути відповідні звуки. У другому акті люди тягнули побудовані суду за допомогою мотузок у воду. У третьому акті перед глядачами відкривалася картина спокійного моря з кільватерной колоною вітрильників та резвящимися у воді дельфінами. Наступна сцена зображала шторм, стрій кораблів порушувався, вони збиралися разом. У четвертому акті показувалася помста Навпліі, який запалював факел, стоячи на скелі; при цьому була присутня Афіна. Мореплавці, прийнявши вогонь факела за світло маяка, направляли кораблі на скелі. В останньому, п'ятому акті розгорталася картина корабельної аварії. У хвилях з'являвся пливе Аякс, чувся удар грому і спалахувала блискавка, якої Афіна вражала Аякса. Аякс переховувався у хвилях, фігура Афіни зникала, і вистава закінчувалася.
З розвитком механіки і особливо годинного виробництва в XVI-XVIII ст. механічні моделі живих істот стали дуже популярними, над їх конструюванням і виготовленням захоплено працювали багато майстрів-годинникарі. Створення такої моделі-автомата було тоді як би іспитом на атестат зрілості технічної механіка, обіцяло йому популярність і славу. Багатьох майстрів-механіків того часу навіть неправильно називати годинникарями. Це були справжні вчені, талановиті інженери-конструктори. Деякі з них досягали в своїй роботі такої майстерності і досконалості, що їхні вироби представляли собою чудові твори мистецтва.
У Музеї образотворчих мистецтв швейцарського міста Невшателя зберігаються дивовижні машини-автомати - механічні люди, побудовані у XVIII ст. талановитими годинникарями П'єром-Жаком Дро і його сином Анрі Дро. Майстерним швейцарським майстрам вдалося домогтися разючою злагодженості, жвавості і правдоподібності рухів холодних і мертвих механізмів, що приводяться в рух звичайним годинниковим пристроєм з запальною пружиною.
. . . За столиком на лавці сидить велика лялька зростанням з п'яти-шестирічної дитини. Це переписувач. У його правій руці гусяче перо, перед ним на столику - чорнильниця і аркуш паперу. Писар акуратно вмочує перо в чорнильницю і, нахиливши голову, старанно виводить на папері гарними великими літерами рівні рядки. Закінчивши писати, він на кілька миттєвостей замислюється, повертає голову, бере пісочницю, посипає лист піском для просушування і, через кілька секунд, струшує піщинки.
Поруч з писарем - художник з олівцем у руці. Схилившись над папером, він не поспішаючи малює на аркуші різні фігурки, час від часу зупиняючись і споглядаючи намальоване, розмірковує, дме на папір, щоб видалити з неї пилинки.
Третій механічний людина годинникарів Дро - дівчина музикантка. Ця лялька, таких же розмірів, як і її побратими, сидить за фісгармонією. Пальці її рук бігають по клавішах, голова повертається, як би стежачи очима за рухом рук. Музикантка чітко і легко грає трелі і швидкі пасажі, її груди піднімається і опускається, наче вона не в силах стримати хвилювання, навіяного музикою. Закінчивши гру, виконавиця злегка нахиляє голову, дякує слухачів.
Андроїд (так були названі ці видатні твори механіки в честь їх творців) і в наші дні викликають великий інтерес і незмінне захоплення відвідувачів Невшательского музею. Хоча механічні люди імітують лише зовнішню схожість з людиною і деякі його руху, у глядачів зберігається відчуття, ніби перед ними справжні живі істоти.
Не меншу популярність у XVIII ст. завоював інший творець дивовижних механічних автоматів - французький механік Жак Вокансон. З його робіт найбільш відомий флейтист-лялька розміром з дорослого людини, що тримає біля губ флейту. Вдихаючи повітря і перебираючи пальцями в певній послідовності клапани флейти, автомат виконував 11 різних мелодій. Інший шедевр Вокансона - качка - могла відтворювати досить великий комплекс різних рухів. Вона не тільки крякали і пересувалася, перевалюючись з боку на бік, але також плавала і хлюпалася у воді, рухала головою, розправляла крила і наводила порядок пір'я з допомогою свого дзьоба. Крім того, качка пила воду і клювала зерна, "переварюючи" їх за допомогою хімічних речовин (для цього в її черевці була влаштована своєрідна хімічна лабораторія).
Вокансон багато їздив по Європі, демонструючи усюди свої чудові автомати. Побував він і в Росії. Тут одна з його качок згоріла під час пожежі на ярмарку в Нижньому Новгороді. В даний час деякі з відомих автоматів Вокансона зберігаються в Паризькій консерваторії мистецтв і ремесел.
XVIII ст. дав світу ряд інших видатних конструкторів механічних автоматів. У Віденському технічному музеї і зараз знаходиться один з перших механічних самописців, виготовлених в ті роки придворним механіком Фрідріхом Кнаусс. Цей автомат є алегоричну постать сидячого на кулі людини, який може писати на аркуші паперу текст, що містить до 79 букв. А в Державному Ермітажі в Ленінграді зберігається відноситься до цієї ж епохи цікавий і оригінальний автомат - годинник "Павич" Кокса з рухомими фігурами, які зображують клітку з совою, півня, павича, гриби, під капелюшками яких поміщені цифри, що вказують час. Механізм годинника заводиться і встановлюється на певний час, при настанні якого клітина з совою обертається, дзвіночки, оздоблюють її, мелодійно дзвенять, сова кліпає очима, півень піднімає голову і співає, а павич розпускає хвіст і обертається навколо своєї осі. Годинник "Павич" були відремонтовані російським механіком І. П. Кулібіним в самому кінці XVIII ст. і діють до цього часу.
І. П. Кулібін створив ряд цікавих автоматів, у тому числі знаменитий годинник яєчної форми, які теж зберігаються тепер в Державному Ермітажі. Годинники ці за зовнішнім виглядом і розмірами нагадують гусяче яйце. У золотому корпусі художньої роботи знаходиться не тільки годинниковий механізм, відразу ж вбудований цілий мініатюрний театр автоматів, де крихітні фігурки розігрують сцену, супроводжувану мелодійним передзвоном. Щоб вистава почалася, необхідно повернути спеціальну стрілку. Рівно опівдні годинник грають гімн, а протягом другої половини доби видзвонює мелодію, написану самим Кулібіним. Щогодини, півгодини і чверть години відзначаються особливим передзвоном.
У XVII-XVIII ст. на Русі було чимало майстрів-умільців, які виявляли чудеса винахідливості і таланту. У відомому оповіданні російського письменника М. С. Лєскова "Лівша" описана історія такого умільця, тульського майстра людини. З м'яким гумором розповідає письменник, як механік Лівша ухитрився підкувати заводну сталеву блоху - мініатюрний механічний автомат, привезений з Англії. Гвоздики, які викував для цієї мети майстер, не можна було розгледіти ні в якій "мелкоскоп".
Захоплення заводними автоматами - механічними подобами людини і тварин, музичними скриньками та ін - тривало в XIX ст. і навіть на початку XX ст. Виробництво таких пристроїв значно розширилося. Іграшки-автомати з'явилися в будинках вельмож, в царських палацах, стали предметом розваги дорослих і дітей. Вони надходили у продаж в так званих іноземних магазинах у Петербурзі, Москві. В одному з номерів журналу "Нива" за 1879 р. можна було прочитати, наприклад, такі оголошення: "Продається клітина чудесної конструкції, в ній дві райські птахи, що співають як ніжний соловей. Ціна 300 рублів". "Павич, що ходить і розпускають пір'я. Ціна 50 рублів". "Автомати з музикою - від 50 до 300 рублів".
Особливо були поширені заводні співаючі птиці в клітках. Міхи, нагнітають повітря в звуковій прилад, приводилися в рух все тим же годинниковим механізмом зі сталевою пружиною.
Однак велика наука в XIX столітті помітно охолола до механічних іграшок-автоматів, а потім і зовсім втратила до них інтерес. Настало століття пари. Андроїд до цього часу відіграли свою роль у розвитку техніки. Досвід, накопичений поколіннями майстрів-механіків при конструюванні і будівництві всіляких заводних іграшок, допоміг розробити і перевірити на практиці основні принципи та технічні засоби машинобудування і автоматики, що дозволило перейти до машинного виробництва. Машини й механізми - нащадки механічних людей Дро і Вокансона, оснащені тепловими, а пізніше і електричними двигунами, зайняли вирішальні позиції в промисловості, сільському господарстві, на транспорті. Тепер поглядам захоплених обивателів все частіше представлялися вже не дивовижні машини-іграшки, створені для забави та розваги, але ділові і серйозні машини-трудівники. Андроїд та інші механічні подоби людини і тварин, створені талановитими майстрами минулого, знайшли свій останній притулок у тихих залах технічних музеїв. Втім, самі прямі нащадки цих шедеврів - механічні заводні іграшки, прості, невибагливі і загальнодоступні - не тільки не втратили своєї популярності, але стали сходити з фабричних конвеєрів тисячами і десятками тисяч і до наших днів доставляють радість малюкам.
Що ж стосується великої науки і техніки, то в цій області на рубежі XIX і XX ст. відбулися важливі зміни. Нові часи принесли з собою і нові ідеї. Електрика, радіо, досягнення фізики незмірно розширили можливості моделювання живих істот. На зміну "механічним людям" - андроїдам прийшли "електромеханічні люди" - роботи.
Слово "робот" зобов'язане своєю появою чеському письменнику-сатирику і публіцисту Карела Чапека. Так в одному з його фантастичних творів (К. Чапек, RUR, Твори, т. 3. - М.: Держлітвидав, 1958, с. 93-184) називалися людиноподібні автомати, винайдені якимось талановитим інженером Россум. У цьому творі роботи ідеально пристосовані для роботи на верстатах замість живих людей - робітників. Вони не володіють людськими почуттями і позбавлені людських запитів. Але в міру вдосконалення роботи з машин-автоматів перетворюються на мислячі машини, повстають проти створили їх людей і знищують своїх господарів.
З легкої руки цього письменника назву "робот" міцно закріпилося тепер за всілякими автономно працюють технічними системами. Сьогоднішні промислові роботи не схожі на людиноподібні пристрої, описані К. Чапеком. Це складні машини і агрегати, створені на основі новітніх досягнень науки і техніки, здатні без безпосередньої участі людини виконувати технологічні операції на виробництві з швидкістю і точністю, недоступними людям. Промисловий робот не тільки сильніше людини, він може бути більш ефективним, економічним і вигідним в небезпечних, шкідливих або недоступних для людини умовах: під водою, в космосі, в умовах дуже низьких або високих температур, тисків, підвищеної радіоактивності.
Однак поняття "робот" має і вужчий зміст - електротехнічний пристрій, що має зовнішню схожість з людиною і наслідує деякими рисами його поведінки. Таке розуміння цього слова також стало використовуватися з моменту появи згаданої книги Карела Чапека. Чимало винахідників та інженерів потрудилися над виготовленням іграшок у зріст людини, нарочито химерного вигляду, здатних вставати, ходити, сідати, повертати голову, вимовляти фрази і т. п. Художники-карикатуристи зображують таких роботів у вигляді безглуздих людиноподібних фігур, скріплених величезними шарнірами і обплутаних звитими в спіральки проводами.
Одним з перших таких роботів був "містер Телевокс", побудований американським інженером Венслі ще в 20-х роках нашого століття. Телевокс управлявся на відстані за допомогою свистків. За сигналами свистка він міг пускати в хід пилосос і вентилятор, запалював лампи в кімнаті, відкривав вікна і двері. Крім того, він міг вимовляти декілька фраз з допомогою пристрою механічної звукозапису. Згодом, після переробки, Телевокс був використаний як беззмінного чергового при водопровідній системі одного з нью-йоркська хмарочосів. Він стежив за рівнем води, пускав у хід насоси, відповідав на телефонні запити про стан водопровідної системи.
Інший "електричний людина" - Ерік був виготовлений в 1928 р. англійським інженером Річардсон. Цей робот, зовні схожий на закутого в зброю середньовічного лицаря, також управлявся на відстані. Виконуючи команди, він вставав, сідав, відповідав на прості запитання; при відповіді в нього світилися очі і в роті спалахували маленькі зелені лампочки.
У 1933 р. на виставці "Століття прогресу" в Чикаго робот використовувався в якості лектора. Починаючи лекцію про процес травлення, він розстібаючи жилет, відкриваючи груди і живіт, стінки яких були прозорими, і показував пальцем стравохід, шлунок, кишечник і печінку, пояснюючи будову внутрішніх органів.
Ряд роботів, керованих по радіо, сконструював і побудував в ці ж роки в Австрії інженер Август Губер. Ці роботи ходили, рухали головою і руками, блимали, курили, розмовляли по телефону. Чимало інших конструкторів віддали тоді данину ідеї створення штучного електромеханічного людини, могутнього і покірного слуги свого господаря. При цьому багато хто всерйоз вважали навіть, що саме такі роботи і замінять в майбутньому (подібно роботам у п'єсі К. Чапека) на заводах і фабриках живих робітників і службовців. Однак надалі стало ясно, що подібні роботи - це, по суті, такі ж іграшки, якими були андровди XVIII ст., Хоча вони і побудовані із застосуванням останніх досягнень електроніки та автоматики.
Не випадково і в технічних іграшках для дітей, починаючи з 30-40-х рр.. нашого століття, все більше стало знаходити застосування електрика: заміна пружинного механічного двигуна електромоторчіком з батарейкою, а також використання лампочок, дзвінків та інших подібних деталей і вузлів робили електрифіковані іграшки набагато більше ефектними, цікавими й захопливими в порівнянні з їх чисто механічними побратимами.
У 50-х роках нашого століття конструктори роботів стали наділяти свої створення новими здібностями - діяти не тільки по "жорсткою", заздалегідь заданою програмою, але і з урахуванням умов, що визначаються обстановкою, навколишнім середовищем. Найпростіший з таких автоматів був побудований за пропозицією "батька кібернетики" Норберта Вінера. Залежно від характеру регулювання це кібернетичної пристрій можна було розглядати або як прагне до світла моль, або як біжить від світла клопа.
Конструкція являла собою невелику візок з електродвигуном, що харчується від батарейки, вміщеній на цій же візку. Управління рухом візка здійснювалося за допомогою двох фотоелементів і електронних підсилювачів. При однаковій освітленості обох фотоелементів керуюча система перебувала в рівновазі, двигун залишався вимкненим, і візок була нерухома. При більш сильної освітленості одного з фотоелементів рівновагу порушувалося, спрацьовувало реле, включаючи двигун. У залежності від напрямку обертання двигуна візок починала рухатися або в одну, або в іншу сторону до тих пір, поки не зрівнювалися освітленості обох фотоелементів. Моль була відрегульована так, що при спрацьовуванні реле візок рухалася в бік більш яскравого світи. Клоп ж, навпаки, прагнув сховатися від світла та общарівал кімнату в пошуках темного кута.
Англійська фізіолог Грей Уолтер сконструіропал дещо складніших пристроїв подібного типу, що одержали згодом назву "черепах", так як вони дійсно нагадували цих тварин своїм зовнішнім виглядом і повільністю дій. Черепаха Ельмер (електромеханічний робот) була виконана у вигляді невеликої триколісної візка, на якому були встановлені два мотори (хід вперед і поворот), кілька електромагнітних реле, електронна апаратура і живить акумулятор. Поки акумулятор черепахи був заряджений, вона вела себе як сите тварина: при слабкому освітленні або в темноті вона повільно пересувалася по кімнаті, при зіткненні з яким-небудь перешкодою (буфетом, ніжкою столу тощо) вона зупинялася, звертала убік і обходила це перешкоду. Якщо в кімнаті з'являвся яскравий джерело світла, Ельмер незабаром помічав його і прямував до світла, але не підходив до лампи дуже близько, "боячись" засліплення. У міру розрядки акумулятора черепаха починала виявляти дедалі більший інтерес до джерела світла, так як він висвітлював "годівницю" - місце для зарядки акумулятора. Коли акумулятор був розряджений настільки, що потребував підзарядки, черепаха сміливо прямувала до джерела світла і підключалася до живильних контактам зарядного пристрою. Отримавши "їжу" - новий запас електроенергії, вона відходила від зарядного пристрою і знову блукала по кімнаті в пошуках неосвітленого кута.
Інша черепаха - Ельзи (Electro-Light-sensitiv - электросветочувствительный робот) вела себе трохи інакше: більш активно реагувала на найменші зміни освітленості, швидше і більше рухалася, витрачала більше енергії і частіше відвідувала годівницю.
Ще більш цікавою була третя черепаха Г. Уолтера - Кора (Conditional Reflex Automat - автомат умовного рефлексу). Цей кібернетичний звірятко мав не тільки "зором" і "дотиком", але ще й "слухом": до її органів почуттів конструктор додав мікрофон. Крім того, його можна було навчати, виробляючи у нього щось подібне до умовного рефлексу (завдяки наявності елемента пам'яті у вигляді конденсатора, здатного протягом деякого часу зберігати накопичений електричний заряд).
Як відомо, умовний рефлекс - результат навчання, звички. Недарма англійці називають його Learned reflex, тобто навчений, вивчена рефлекс. Якщо багато разів повторювати демонстрацію умовного рефлексу, не підкріплюючи його, тобто не проводячи час від часу спільної дії безумовного і умовного подразників, то умовний рефлекс згасає (забувається) і врешті-решт зникає зовсім.
Конструктор виробляв у своїй черепашки Кори умовний рефлекс, навчаючи її зупинятися перед перешкодою і звертати убік за звуковим сигналом - свистка. Для цього він подавав сигнал (свисток) всякий раз, коли Кора при своєму русі по кімнаті натикалася на яку-небудь перешкоду. Спочатку черепашка не звертала уваги на свистки. Проте незабаром у неї став вироблятися умовний рефлекс: за сигналом свистка вона зупинялася, відступала назад і повертала у бік, навіть якщо перед нею ніякої перешкоди не було. Але вироблений таким чином умовний рефлекс незабаром зникав, якщо Кору часто обманювали, подаючи сигнал свистка при відсутності перед нею перешкоди.
Своєрідні риси поведінки описаних кібернетичних іграшок надавали їм велику схожість зі справжніми живими істотами, відмітною особливістю яких є саме вміння діяти доцільно, з урахуванням навколишнього оточення. Тому надалі подібні пристрої, що моделюють поведінку живих організмів, стали предметом пильної уваги і вивчення вчених-кібернетиків, та й не лише науковців. Ентузіастами в різних країнах був виготовлений цілий звіринець кібернетичних тварин: черепах, лисиць, білок, собак і т. п. Широку популярність здобули миша, відшукуються дорогу в лабіринті, яку побудував американський кібернетик Клод Шеннон; білка, що збирає горіхи і відносить їх у гніздо, створена американцем Едмуном Берклі; лисиці Барбара та Джоб, виготовлені французьким ученим Альбером Дюкроком, та ін Оригінальну черепаху побудували співробітники Інституту автоматики і телемеханіки АН СРСР Р. Р. Васильєв і А. П. Петровський. У Ленінградському електротехнічному інституті був сконструйований щеня, реагував на їжу і світло. Замість свистка в якості умовного подразника було використано натискання на його хвіст.
У 60-70-х рр.. виготовленням подібних роботів і "Кібер" стали захоплюватися студенти наукових гуртків і товариств, а потім окремі радіоаматори і навіть юні техніки. Все більше таких конструкцій експонувалося на виставках технічної творчості, їх опису стали з'являтися на сторінках науково-популярних видань. І тут несподівано з'ясувалося, що, крім великої науки і техніки, захоплення моделюванням функцій живих організмів розкриває широкі і привабливі перспективи і в іншій області.
По-перше, основні ідеї і принципи пристрою і дії таких електронних конструкцій привернули увагу інженерів, технологів, дизайнерів та інших фахівців, зайнятих в індустрії іграшок: реалізація цих ідей і принципів у даній галузі масового виробництва виявилася досить ефективною і цікавою. І ось, потіснивши плюшевих ведмедиків і механічні заводні іграшки, на прилавках магазинів і секцій дитячих товарів з'явилися їхні молодші електронні побратими - розумні черепашки, жуки і навіть космічні кораблі і планетоходи, внутрішня начинка яких часом нагадує середньої складності радіоприймач. На радість нашим малюкам вони вміють не тільки пересуватися, підкоряючись командам своїх юних володарів, але також демонструють різноманітні звукові та світлові ефекти, рішення різноманітних логічних завдань і багато іншого, тобто роблять усе, що дозволяють засоби сучасної електроніки.
По-друге, не залишилося непоміченим і та обставина, що конструювання та виготовлення кібернетичних іграшок та різноманітних електронних пристроїв-автоматів виявляється тепер під силу не тільки фахівцям-професіоналам, але і любителям. Спеціально для них наша промисловість стала випускати тепер в широкому асортименті деталі, вузли, комплекти, набори різних електронних пристроїв - їх все більше з'являється на прилавках магазинів. Спеціально для них у популярних технічних виданнях даються описи різноманітних конструкцій пбдобного роду і наводяться рекомендації по їх виготовленню та налагодженню: твори, вигадуй, пробуй! Так що будь-який з юних ентузіастів, погодившись зі своїми інтересами, досвідом та можливостями, може випробувати свої сили в конструюванні і будівництві електронних іграшок-автоматів.