O αυτόματος μηχανισμός αφετηρίας του αρχαίου Ολυμπιακού ιπποδρόμου

Στο έκτο βιβλίο του έργου «Ελλάδος περιήγησις», «Ηλιακά Β΄», ο Παυσανίας ασχολείται ιδιαίτερα με την περιγραφή της Ολυμπίας και των Ολυμπιακών Αγώνων, που διεξάγονταν σ' αυτήν. Στο κεφάλαιο 20 περιγράφει το Ολυμπιακό στάδιο και τον ιππόδρομο, για τον οποίο αναφέρει: «Περνώντας το στάδιο, όπου κάθονται οι ελλανοδίκες, υπάρχει ο χώρος του ιπποδρόμου και η αφετηρία των αλόγων. Η αφετηρία αυτή έχει το σχήμα της πλώρης ενός πλοίου με το έμβολο στραμμένο προς το διάδρομο... Στην άκρη τον εμβόλου βρίσκεται ένα δελφίνι φτιαγμένο από χαλκό και προσαρμοσμένο πάνω σε ξύλινο δοκάρι...

Σε κάθε Ολυμπιάδα κατασκευάζεται από άψητους πλίνθους ένας βωμός, επιχρισμένος εξωτερικά με κονίαμα, τοποθετημένος περίπου στη μέση της πλώρης. Πάνω στο βωμό βρίσκεται χάλκινος αετός, με απλωμένα σε όλο τους το μήκος τα φτερά του. Ο Αφέτης, ο υπεύθυνος για την εκκίνηση των άλογων, βάζει σε κίνηση το μηχάνημα (μηχάνημα είναι και αρχαίος όρος), που βρίσκεται μέσα στο βωμό. Και είναι φτιαγμένο με τέτοιο τρόπο, ώστε να κάνει τον αετό να αναπηδά και να πετάγεται τόσο ψηλά, που να γίνεται ορατός από τους θεατές, ενώ (ταυτόχρονα) το δελφίνι πέφτει στο έδαφος». (Παυσανίας, Ελλάδος Περιήγησις, 6, 20, 10).

Ο Παυσανίας αναφέρει ρητά πως: «Ο Κλεοίτας, γιος του Αριστοκλέους, ήταν ο πρώτος που σκέφτηκε, εφεύρε και κατασκεύασε τους μηχανισμούς της αφετηρίας τον Ολυμπιακού ιπποδρόμου». Αναφέρει μάλιστα και έναν δεύτερο μηχανικό, τον Αριστείδη, που βελτίωσε το ίδιο μηχάνημα με δικές του καινοτομίες (6, 20, 14).

Μέσα σε ένα πολύπλοκο σύστημα συγχρονισμένης εκκίνησης αλόγων, ο μηχανικός Κλεοίτας δημιουργεί μια μηχανή για να κάνει έναν χάλκινο αετό να πετάξει. Το είδος της μηχανής αυτής δεν είναι γνωστό. Μπορούμε όμως, από την περιγραφή του Παυσανία, να συμπεράνουμε και εν μέρει να υποθέσουμε τα εξής:

Η απαιτούμενη ενέργεια για την κίνηση του μηχανισμού ήταν εδώ μηχανική, προερχόταν δηλαδή από την πτώση του χάλκινου δελφινιού, που ήταν ίσως γεμάτο μολύβι. Τέτοιου είδους εξάλλου εσωτερική ενέργεια προερχόμενη από την πτώση ενός μολύβδινου βάρους έχουν πάμπολλα Ελληνικά αυτόματα. Η ενέργεια αυτή μεταβιβαζόταν στο «μηχάνημα» μέσω του κανόνα και ενισχυόταν ίσως από την «ύσπληγγα», που το συγκρατούσε, ένα σύστρεμμα νεύρων δηλαδή, προσαρμοσμένο στην άρθρωση του, όμοιο με αυτό που είχαν οι καταπέλτες και οι μηχανισμοί στις αφετηρίες των δρομέων. Σε τέτοιες «ύσπληγγες» αναφέρεται εξάλλου και ο Παυσανίας για τις εδώ αφετηρίες των αλόγων. Το ίδιο «μηχάνημα» θα μπορούσε να είναι ένα μηχανικό-πνευματικό σύστημα, όπου η απαιτούμενη πίεση για την εκτόξευση του αετού θα παραγόταν μέσα σε έναν τορνεμένο θάλαμο συμπίεσης, μια καταθλιπτική αντλία, εφοδιασμένη με μια κατάλληλα ρυθμισμένη βαλβίδα εξόδου. Αυτή η μηχανική τεχνική αντίληψη είναι προάγγελος των μεγάλων επινοήσεων, που οδήγησαν αιώνες αργότερα στην Eυρωπαϊκή βιομηχανική επανάσταση.

Έλεγχος στάθμης υγρού με μηχανική βαλβίδα

Στο έργο του Πνευματικά Β, Θεώρημα 31, ο Ήρων περιγράφει ένα μηχανισμό ελέγχου στάθμης με μηχανικό ελεγκτή: «Από το στόμιο ενός αγγείου ένα ποτήρι γεμίζει κρασί. Κι όσο κρασί πάρει κανείς από το ποτήρι, τόσο θα ρεύσει σ’ αυτό από το στόμιο του αγγείου....

Όταν τα αγγεία Π και ΣΤ είναι κενά, ο πλωτήρας Ρ ακουμπά στον πυθμένα του αγγείου ΣΤ και το στόμιο ΓΑ μένει ανοιχτό. Το κρασί τότε ρέει απ' αυτό και στα δύο δοχεία ΣΤ και Π, οπότε ανυψώνεται ο πλωτήρας και κλείνει το στόμιο, μέχρις ότου πάλι αφαιρέσουμε κρασί από το ποτήρι».

Έχουμε και εδώ ένα Κλειστό Σύστημα Ελέγχου. Η Ανάδραση υλοποιείται μέσω του πλωτήρα και ο έλεγχος μέσω του μηχανικού ζυγού και της βαλβίδας.

Το Ωρολόγιο του Κτησίβιου

Η επινόηση νέων Κλειστών Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου προέκυψε από την ανάγκη να εξασφαλιστεί μια αυτοελεγχόμενη γραμμική λειτουργία των υδραυλικών Ωρολογίων. Στον τομέα αυτό διέπρεψαν οι μεγάλοι Αλεξανδρινοί μηχανικοί. Πρώτος από αυτούς ο Κτησίβιος (308-246 π.Χ.) κατασκεύασε ένα υδραυλικό Ωρολόγιο, πιθανόν το αρχαιότερο του είδους, που περιείχε μιαν εξαιρετικά ενδιαφέρουσα επινόηση.

Ιδού αρχικά η γενική περιγραφή του Ωρολογίου: «Νερό ρέει με σταθερή ροή από ακροφύσιο μέσα σε μεγάλο δοχείο και ανυψώνει πλωτήρα (Π), στον οποίο είναι προσαρμοσμένος κανόνας και πάνω σε αυτόν αγαλματίδιο, που λειτουργεί ως δείκτης και δείχνει τις Ώρες πάνω σε μία κατακόρυφη παραστάδα, η κλίμακα της οποίας μεταβάλλεται με προσθήκη ή αφαίρεση "παρεμβλημάτων" ανάλογα με τις αυξομειώσεις της διάρκειας των ωρών. Στον κανόνα είναι επίσης προσαρμοσμένος οδοντωτός τροχός, που κινεί κατακόρυφο τύμπανο με χαράξεις κάθετες για τους μήνες και εγκάρσιες όχι όμως παράλληλες για τις ώρες, έτσι ώστε να συνυπολογίζεται η μεταβολή της διάρκειας των ωρών ανά μήνα. Στον οδοντωτό τροχό επίσης είναι συνδεδεμένα άλλα τύμπανα και μηχανισμοί που προκαλούν διάφορες πολύπλοκες κινήσεις, τα λεγόμενα "πάρεργα"». (Βιτρούβιος, Περί Αρχιτεκτονικής 9.8.5-7).

Όλος αυτός ο σύνθετος μηχανισμός του Ωρολογίου δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει με ακρίβεια, αν δεν είχε εξασφαλίσει την αρχική σταθερή ροή του νερού από το χρυσό, κατά τον Βιτρούβιο, ακροφύσιο.

Αυτή η σταθερή ροή μπορούσε να επιτευχθεί μέσω του ελέγχου στάθμης του νερού στο αρχικό δοχείο παροχής, η περιγραφή του οποίου έχει ως εξής: «Ο έλεγχος της ροής (στο δοχείο σταθερής ροής) επιτυγχάνεται ως εξής: Κατασκευάζονται στον τόρνο δύο κώνοι, ο ένας συμπαγής και ο άλλος κοίλος (αρσενικός – θηλυκός), έτσι ώστε να ταιριάζουν ακριβώς ο ένας μέσα στον άλλο. Με ένα τέτοιο σύστημα πλωτήρα – ακροφυσίου μπορεί η εισροή του νερού στο δοχείο να γίνεται πιό γρήγορα ή πιό αργά». (Βιτρούβιος, Περί Αρχιτεκτονικής 9.8.6).

Δράκοντας πίνει νερό

Ο Φίλων (250 π.Χ.) πέρασε μεγάλο μέρος της ζωής του στην Αλεξάνδρεια και έγραψε το σημαντικότερο Τεχνικό Εγχειρίδιο της Ελληνιστικής Αρχαιότητας, το περίφημο έργο: «Μηχανική Σύνταξις», που περιείχε εννέα βιβλία, εκ των οποίων μόνο τα «Πνευματικά» σώθηκαν και μάλιστα σε Αραβική μετάφραση. Στα «Πνευματικά» περιλαμβάνονται μερικές από τις σημαντικότερες εφαρμογές πνευματικών και υδραυλικών συστημάτων, όπως τα σιφώνια, συστήματα ελέγχου στάθμης υγρού, πνευματικοί μηχανισμοί με πουλιά που τραγουδούν, αυτόματοι νιπτήρες, διάφοροι τύποι αντλιών και μερικές πρώτες εφαρμογές αυτοκίνητων μηχανών.

Ιδού, ένα τέτοιο παράδειγμα: Στο κεφάλαιο 59 περιγράφεται ένα υδραυλικό αυτόματο, το οποίο παριστάνει έναν δράκοντα και έναν Πάνα μπροστά από μία κρήνη. Ο δράκοντας πίνει νερό μόνο όταν ο Πάνας τον αποστρέφεται. Αναλυτική περιγραφή του αυτόματου αυτού βρίσκουμε στον Ήρωνα τον Αλεξανδρινό (Πνευματικά Α 30).

* * *

Την προχριστιανική εποχή λοιπόν, ήταν ήδη προ αιώνων θεμελιωμένες όλες οι Επιστήμες σε γερές βάσεις κι είχαν φθάσει σε επίπεδα άφθαστης τελειότητας, υπήρχε άριστη γνώση του Ηλιακού μας Συστήματος, ενώ τεχνολογικά βρίσκονταν τουλάχιστον στην Εποχή του Ατμού. Η Επιστήμη ανακάλυψε πάλι τη δύναμη του ατμού μόλις τον 18o αι. μ.Χ., αλλά μέσα σε δύο μόλις αιώνες έστειλε τον άνθρωπο στη Σελήνη. Εάν η επιστημονική πρόοδος δεν είχε διακοπεί τότε, η Ανθρωπότητα, που διέθετε όλες τις απαραίτητες προϋποθέσεις –κατά λογική αναγκαιότητα– θα είχε κατακτήσει το Διάστημα το αργότερο τους πρώτους μ.Χ. αιώνες.

Αναρωτιέται κανείς, πού θα είχε φθάσει στις μέρες μας η Ανθρωπότητα, και πως θα ήταν η ζωή μας σήμερα, εάν δεν είχε μεσολαβήσει αυτή η τροχοπέδη του Μεσαίωνα και εν κατακλείδι του σκοταδισμού, που εξαφάνισε για 1.000 τουλάχιστον χρόνια όλες τις επιστημονικές κατακτήσεις του ανθρώπου.

Τα μαθηματικά ακολούθησαν την τύχη που επιφύλαξε το Βυζάντιο σε κάθε ένα ανεξαίρετα στοιχείο του Ελληνικού Πολιτισμού. Η πολιτικοθρησκευτική Βυζαντινή εξουσία τα κήρυξε υπό άγριο διωγμό. Ιδού μερικά μόνο δείγματα σχετικών διαταγών:

«Ας παύση η πραγματεία των μαθηματικών. Διότι εάν τις δημοσία ή κατ' ιδίαν, καθ' ημέραν ή νύκτωρ συλληφθή αναστρεφόμενος εν τη απαγορευμένη πλάνη, αμφότεροι ας πληγούν δια κεφαλικής ποινής. Διότι δεν είναι διάφορον αμάρτημα το διδάσκεσθαι κεκωλυμένα ή το διδάσκειν». Κώδιξ Θεοδοσιανός (Ουαλεντιανού και Ουάλεντος), ΙΧ, 16, 8. Ο ίδιος προς τον Μόδιστο Ύπαρχο.

«Οι μαθηματικοί, εάν μή ώσιν έτοιμοι, καυθέντων των κωδίκων της ιδίας πλάνης υπό τα όμματα των Επισκόπων, να δώσουν πίστιν εις την λατρείαν της καθολικής πίστεως, ότι δεν θα επανέλθουν εις την παλαιάν πλάνην, ου μόνον από της πόλεως Ρώμης, αλλά και εκ πασών των πόλεων αποφασίζομεν να εκδιωχθούν. Εάν δε δεν κάμνουν τούτο και παρά την σωτηρίαν απόφασιν της ημετέρας επιεικείας, συλληφθούν εν ταις πόλεσιν· είτε παρεισάγουν τα μυστικά της πλάνης, θα τύχωσι της ποινής της εξορίας». Αυτοκράτορες Ονώριος και Θεοδόσιος προς τον Καικιλιανό Ύπαρχο.

«Η μαθηματική τέχνη αξιόποινος ούσα απαγορεύεται». Ιουστινιάνειος Κώδιξ, ΙΧ, 18, 2.

πηγή
Γιάννης Λάζαρης
Ηλεκτρολόγος-Μηχανολόγος Ε.Μ.Π.