Десять изобретений Леонардо да Винчи, которые до сих пор влияют на повседневную жизнь

Леонардо да Винчи не построил ни автомобиля, ни телефона, ни компьютера, но его инженерные наброски до сих пор обнаруживаются в родословной обычных предметов. Полимат эпохи Возрождения заполнил тысячи разрозненных страниц проектами летательных аппаратов, оружия, мостов, водолазного снаряжения и механических фигур. Эти страницы сохранились в переплетённых томах, известных как кодексы. Большинство проектов опережали материалы и физику, которые позволили бы им работать.

Некоторые провалились полностью. Человеческие мышцы никогда не смогли бы поднять в воздух махолёт, а бронированная машина, которую он нарисовал около 1487 года, не поехала бы так, как изображено. Другие были верны и просто ждали своего часа. Его мост, который держится без единого гвоздя или винта, выдерживает реальный вес в современных реконструкциях. Его парашют в форме пирамиды был испытан в 2000 году парашютистом, прыгнувшим с воздушного шара на высоте около 3048 метров над Мпумалангой в Южной Африке. Конструкция держалась около пяти минут, прежде чем он отсоединился и перешёл на современный купол.

Этот список проходит через десять изобретений Леонардо и прослеживает судьбу каждой идеи. Некоторые почти напрямую соответствуют предметам повседневного использования: герметичные стеклянные очки в его эскизе водолазного костюма, взаимосвязанная геометрия балок, которая до сих пор встречается в системах быстроразвёртываемых мостов. Другие не оставили механических потомков, но предвосхитили целые категории машин — танк, вертолёт, робота, — к которым более поздние инженеры пришли совершенно иными путями. По крайней мере одно было построено и продемонстрировано при его жизни: механический лев, преподнесённый королю Франциску I.

Летательная машина, которая так и не поднялась в воздух

Махолёт Леонардо был летательным аппаратом с мускульным приводом, крылья которого должны были взмахивать вверх и вниз, как у птицы. Он так и не полетел. Леонардо возвращался к этой идее десятилетиями, собрав наиболее разработанные размышления около 1505 года в рукописи, известной как «Кодекс о полёте птиц».

Машина помещала одного оператора внутрь деревянного каркаса — либо лежа, либо стоя. Педали, рычаги и тросы передавали усилие его рук и ног на крылья. Двигателя, который Леонардо мог бы установить вместо этого, не существовало.

Он прорабатывал задачу через анатомию. Он препарировал птиц и рисовал их крылья, прослеживая, как кость, мышца и перо соединяются, чтобы создать подъёмную силу, а затем пытался воспроизвести этот механизм в дереве, коже и ткани. Его заметки соседствуют с наблюдениями о том, как птица балансирует против порывов и меняющихся воздушных течений.

Физика победила его, как победила бы любого инженера XV или XVI века. Древесина и холст, достаточно жёсткие, чтобы удерживать крыло под нагрузкой, весили слишком много. Человек не может поддерживать мощность, необходимую для подъёма этого каркаса вместе с собственным телом, от земли. Ничто в записях не указывает на то, что полноразмерный махолёт был построен и облетан при его жизни.

Что связывает эти рисунки с современной авиацией — это вопрос, который они ставят, а не оборудование, которое описывают. Полёт с двигателем появился в 1903 году на неподвижном крыле, приводимом в движение бензиновым двигателем. Машущий полёт не играл в нём никакой роли, и ни один элемент самолёта братьев Райт не происходит от эскизов Леонардо. Путь машущего крыла был тупиком.

Рисунки сохраняются как запись метода. Леонардо разбирал природную систему, чтобы решить механическую задачу, — примерно так же до сих пор работают инженеры-биомиметики и аэродинамики. Он кружил вокруг подъёмной силы, сопротивления и тяги, не имея математики, чтобы их назвать, за четыре века до того, как кто-либо смог записать эти уравнения.

Винтовой воздушный винт, опередивший вертолёт на столетия

Винтовой воздушный винт Леонардо, нарисованный в 1480-х годах в записной книжке, известной как «Рукопись B», представляет собой одну спиральную лопасть, предназначенную для подъёма машины строго вверх. Это самое близкое, что рисунок эпохи Возрождения подходит к винту вертолёта, и он не мог летать.

Конструкция заменяет отдельные лопасти винта современного аппарата одной непрерывной спиральной поверхностью, намотанной вокруг центрального вала и натянутой на лёгкий каркас. Рассуждение Леонардо заимствовано у инструмента, который он уже понимал. Винт продвигается сквозь дерево при вращении. Достаточно большой винт, вращающийся достаточно быстро, должен продвигаться сквозь воздух таким же образом. Команда, стоящая на круглой платформе внизу, вращала бы его вручную.

Физика разрушает план в двух точках. Конструкция, которую указал Леонардо, собранная из дерева, ткани и верёвок его времени, весит гораздо больше, чем могла бы поднять поверхность, вращаемая вручную. Человеческие руки и ноги также дают крошечную долю устойчивой мощности, необходимой для подъёма каркаса и его собственной команды. Ни одна версия не была построена и облетана при его жизни.

Работающий вертолёт появился независимо и гораздо позже. VS-300 Игоря Сикорского полетел в 1939 году на двигателе внутреннего сгорания. Он также нёс небольшой хвостовой винт, который компенсирует скручивающую силу, налагаемую основным винтом на фюзеляж. У одно­винтовой схемы Леонардо нет ответа на эту проблему крутящего момента. Аппарат вращался бы под собственной лопастью. Ничто в машине Сикорского не происходит от эскиза из «Рукописи B».

Что сохраняется — это идея, а не оборудование. Вращающаяся несущая поверхность может создавать вертикальную подъёмную силу, и Леонардо пришёл к этому выводу путём наблюдения примерно за 450 лет до того, как аппарат, построенный на родственном принципе, оторвался от земли. Вертолёты теперь выполняют медицинскую эвакуацию, перевозку экипажей на морские платформы, сброс воды при тушении пожаров и поисковые операции в местности, где не может быть взлётной полосы. Ничто из этого не восходит к винту с ручным приводом. Но идея, которую он положил на бумагу, оказалась верной.

Парашют в форме пирамиды, который был испытан и сработал

Парашют Леонардо был испытан в 2000 году, и он выдержал. Рисунок в «Атлантическом кодексе» показывает жёсткую пирамиду из деревянных шестов, покрытую герметичным льном, размером в 12 локтей с каждой стороны. Рядом Леонардо написал, что человек может прыгнуть с любой высоты и не пострадать.

Утверждение оставалось непроверенным около пяти веков. В июне 2000 года британский парашютист Адриан Николас построил копию из дерева и холста, соответствующих эпохе, а затем прыгнул с воздушного шара на высоте около 3048 метров над Мпумалангой в Южной Африке. Он пролетел на жёстком куполе около пяти минут и сообщил о плавном спуске. Он отсоединился near земли и приземлился под обычным парашютом, поскольку тяжёлый каркас был бы опасен при ударе.

Прыжок ответил на главное возражение против конструкции. Вес и устойчивость были сомнениями: деревянный каркас, достаточно большой, чтобы нести взрослого человека, выглядит слишком тяжёлым, чтобы замедлить падение, и слишком жёстким, чтобы оставаться ровным в воздухе. Пропорции, указанные Леонардо, создавали достаточное сопротивление, чтобы опустить падающее тело с выживаемой скоростью.

Ничто в современном снаряжении не напоминает его. Парашютисты теперь прыгают с гибкими нейлоновыми куполами — либо с прямоугольным крылом с воздушным давлением, управляемым ручными клевантами, либо с круглым куполом, используемым для военных статических сбросов и доставки грузов. Фиксированная пирамида не может управляться, не может быть упакована в контейнер, носимый на спине, и весит гораздо больше любого купола, который нёс бы парашютист.

Что переносится вперёд — это принцип, а не оборудование. Достаточно большая поверхность, удерживаемая открытой против воздуха, превращает смертельное падение в контролируемое. Леонардо пришёл к этому выводу, рассуждая о сопротивлении воздуха без приборов для его измерения.

Эскиз также намного опережает обычную хронологию истории парашюта. Публичная демонстрация Луи-Себастьяна Ленормана в 1783 году и прыжок Андре-Жака Гарнерена с воздушного шара над Парижем в 1797 году — это спуски, которые обычно считаются первыми. У Леонардо была концепция на бумаге, с рабочими размерами, почти за 300 лет до обоих.

Мост, который держится без гвоздей и винтов

Мост Леонардо — это переносной пролёт из надрезанных деревянных шестов, которые сцепляются под собственной нагрузкой, без винтов, гвоздей или верёвок. Конструкция появляется в «Атлантическом кодексе», и современные реконструкции подтверждают, что она работает так, как нарисовано.

Инженерия проста. Прямые брусья надрезают неглубокими пазами, затем вплетают друг над другом и под другом в уплощённую арку. Как только последний шест встаёт на место, вес конструкции прижимает каждое соединение плотнее, а не расшатывает его. Геометрия и трение удерживают пролёт.

Это подходило для задачи, которую Леонардо имел в виду. Армии, пересекающей незнакомую местность, нужно было перебраться через реку или овраг, не таща с собой крепёж и не дожидаясь плотников. Пролёт без крепежа можно поднять из любого nearby прямого бруса и так же быстро разобрать, не оставив ничего для преследующей силы.

Копия, построенная в Дании, выдерживает реальную нагрузку, и конструкцию регулярно пересобирают в музеях и инженерных школах, потому что она не требует исправлений. Древесины, доступной в XV веке, для неё было достаточно. Проектам летательных аппаратов Леонардо пришлось ждать алюминия, двигателей внутреннего сгорания и современной аэродинамики. Этому нужно было только дождаться, чтобы кто-то его собрал.

Мосты проходили через карьеру Леонардо и в других формах. Около 1502 года он предложил однопролётный каменный мост через Золотой Рог в Константинополе султану Баязиду II. Османский двор так и не заказал его, и рисунок сохраняется как предложение, а не как структура.

Современное военное мостостроение не происходит напрямую от эскиза с надрезанными шестами. Мост Бейли, разработанный в Британии во время Второй мировой войны, использовал стандартизированные стальные панели, соединённые штифтами, чтобы солдаты могли собрать переправу вручную, без кранов. Общее у них — приоритет, а не механизм. Временный мост должен быстро подниматься и быстро разбираться. Его прочность должна исходить из того, как части подходят друг к другу, а не из крепежа, который кто-то должен принести и установить под давлением.

Гигантский арбалет, созданный для устрашения, а не обязательно для стрельбы

Гигантский арбалет Леонардо, нарисованный около 1490 года и сохранённый в «Атлантическом кодексе», был осадным оружием, построенным в огромном масштабе и предназначенным для метания валунов и подобных тяжёлых грузов в укрепления и массовые войска. Нет свидетельств того, что работающая версия когда-либо собиралась или стреляла.

Масштаб — весь смысл рисунка. Леонардо поместил рядом с машиной маленькую человеческую фигуру, стандартный способ указания пропорций, и человек едва достигает рамы. Луком показан ламинированный, гибкий пролёт, установленный на колёсной тележке. Винтовой и рычажный механизм натягивает тетиву, а спуск позволяет оператору запустить выстрел из относительно безопасного положения.

Что делает оружие необычным в военном наследии Леонардо, так это то, что его эффект мог значить больше, чем его функция. Он относился к внешнему виду устройства как к части его назначения. Армия, столкнувшаяся с машиной такого масштаба, рассуждал он, потеряет присутствие духа ещё до того, как будет выпущен первый выстрел. Эта логика приближает арбалет к сдерживающей демонстрации, а не к испытанному оружию.

У конструкции был и прецедент. Леонардо работал с трудами Роберто Вальтурио, военного инженера, чей трактат «О военном деле» появился в 1472 году и каталогизировал осадные машины эпохи. Другие машины теснятся на той же странице, что и арбалет, и каждая перерабатывает уже существующую концепцию, а не начинает с нуля. Его аннотации соседствуют с ними в обратном, справа налево, почерке, который он использовал во всех своих записных книжках.

Ничто в современном оружии не происходит от него. Современная артиллерия и системы дальнего пуска работают на химическом топливе, гидравлике и электронном управлении огнём, без механической связи с натяжным луком любого размера. Гигантский арбалет сохраняется вместо этого как запись метода: Леонардо применял ту же размеренную, систематическую чертёжную работу к войне, которую применял к анатомии и полёту. Его настоящим оружием мог быть сам его вид.

Бронированная машина, задуманная как ранний концепт танка

Леонардо нарисовал коническую, покрытую бронёй военную машину в «Арундельском кодексе» около 1487 года, окружённую пушками, чтобы её экипаж мог стрелять в любом направлении. Это самое близкое к танку в его записных книжках, и оно опережает настоящий танк более чем на 400 лет.

Корпус был деревянным, облицованным металлическими пластинами, достаточно тяжёлыми, чтобы отражать входящий огонь, пока пушкари внутри работали. Ничто не приводило его в движение, кроме мышц. В 1480-х годах двигателя не существовало, поэтому люди на воротах или тягловые животные должны были бы перемещать всю массу по открытой местности.

Одна деталь в подпорных эскизах заставляет историков спорить десятилетиями. Проследите за передачами так, как их нарисовал Леонардо, и механизм компенсирует сам себя, удерживая машину неподвижной вместо того, чтобы двигать её вперёд. Одно прочтение рассматривает это как ошибку. Другое утверждает, что он встроил неисправность намеренно, чтобы украденная страница не передала сопернику работающую машину.

Так или иначе, прототип не был построен. Исправленная передача не спасла бы конструкцию, потому что никакой правдоподобный экипаж не смог бы толкать столько дерева и пластин с полезной скоростью по пересечённой местности.

Танк, который в итоге появился, механически ничем не обязан Леонардо. Британская армия впервые отправила танки в бой в 1916 году, на Сомме во время Первой мировой войны, и эти машины работали на двигателях внутреннего сгорания и гусеницах. Ни одна из этих технологий не имела эквивалента в XV веке. Вращающаяся башня, добавленная позже, решила проблему кругового обстрела, которую Леонардо пытался решить фиксированным кольцом пушек.

Что переносится вперёд — это сама концепция: обитаемая, бронированная платформа, которая движется самостоятельно и стреляет наружу, защищая людей внутри. Современные основные боевые танки и бронетранспортёры оба работают на этой логике. Леонардо пришёл к идее примерно за четыре века до того, как какая-либо мастерская смогла её реализовать.

Конный памятник, который так и не был завершён

Крупнейший скульптурный проект Леонардо — бронзовый конный памятник в честь Франческо Сфорца, заказанный его сыном Лодовико Сфорца, герцогом Миланским, и планировавшийся высотой около 7,3 метра. Он так и не был отлит. Методы литья, которые Леонардо разработал для него, пережили статую, которая должна была их доказать.

Масштаб создал проблемы, которые не решил ни один скульптор того периода. Бронзовый конь и всадник такого размера требовали огромного объёма металла, и Леонардо делал расчёты, чтобы выяснить, сколько потребует заливка. Он тщательно изучал анатомию лошади, чтобы правильно передать пропорции и мускулатуру животного, заполняя страницы рисунками ног, шеи и стойки.

Более сложным вопросом была форма. Отливка фигуры такого размера означала создание секций формы, которые можно было собрать, заполнить и разобрать, не допустив обрушения всей структуры или неравномерного охлаждения. Леонардо разработал специальные механизмы для этой задачи, относясь к аппарату для изготовления форм как к инженерной проблеме, а не как к запоздалой мысли ремесленника.

Политика положила этому конец. Война на Апеннинском полуострове в 1490-х годах оттянула металлические запасы Милана на вооружения, и памятник остановился. Сфорца потерял власть, когда французские войска вошли в город в 1499 году, и заказ рухнул вместе с его правлением. Один источник того периода описывает французских солдат, стрелявших по полноразмерной глиняной модели ради забавы.

Ничего от готовой работы не существует, потому что ничего не было закончено. Что сохраняется — это подготовительный материал: анатомические исследования, расчёты объёма и заметки о конструкции формы.

Эта методология — та часть, которая узнаваема сегодня. Крупные публичные бронзы производятся путём расчёта объёма материала заранее и построения систем форм, спроектированных для конкретного произведения, — та же последовательность, которую Леонардо изложил на бумаге. Любой, кто проходит мимо монументальной бронзы на городской площади, смотрит на традицию литья, которую он стремился продвинуть через проект, рухнувший до того, как была залита капля металла.

Водолазный костюм, созданный для подводных диверсий

Водолазный костюм Леонардо, нарисованный в «Арундельском кодексе», подходит ближе, чем любой другой его проект, к предмету, которым люди до сих пор пользуются ежедневно. Он предусматривал стеклянные очки, герметично прилегающие к лицу, чтобы погружённый человек мог ясно видеть. Остальное снаряжение было кожаным, с тростниковыми трубками для дыхания.

Он нарисовал его в Венеции, где предложил себя в качестве военного инженера городу, находившемуся тогда под давлением Османской империи. Целью была диверсия. Венецианские водолазы должны были ходить по морскому дну, незаметно добираться до корпусов вражеских кораблей и повреждать их снизу. Воздух должен был поступать к водолазу через трубки, соединённые с резервуарами, плавающими на поверхности. Это делает систему системой с подачей воздуха с поверхности, а не автономной.

Нет записей о том, что костюм был построен или использован в венецианской операции. Он существует как рисунки. Рисунки подробны в том, как прокладываются трубки и как маска сидит вокруг головы. Леонардо прорабатывал практическую механику сохранения человека живым и ориентированным ниже ватерлинии, а не только идею.

Плавательные очки, продаваемые сегодня, решают ту же оптическую проблему, которую он определил. Человеческие глаза не могут правильно фокусироваться под водой, потому что вода и роговица преломляют свет на схожие величины. Захват кармана воздуха перед глазом восстанавливает нормальное зрение. Без этого воздушного зазора всё под поверхностью выглядит размытым. Леонардо пришёл к этому решению со стеклом и кожей за столетия до того, как силикон и поликарбонат сделали возможными дешёвые массовые версии.

Коммерческий и военный дайвинг до сих пор работает на подаче воздуха с поверхности, с сжатым газом, подаваемым вниз по шлангу к водолазу в шлеме или полнолицевой маске. Оборудование не имеет ничего общего с тростниковыми трубками и плавающими резервуарами. Проблема та же, которую поставил Леонардо: доставить вдыхаемый воздух работающему водолазу и позволить этому водолазу видеть, что он делает.

Механический рыцарь, построенный как работающий робот

Леонардо спроектировал облачённого в броню автомата около 1495 года, который мог сидеть прямо, поворачивать голову и поднимать руки, приводимый в движение внутренним устройством из шестерён, тросов и блоков. Это самое близкое к гуманоидному роботу в его записных книжках, и копия, построенная в 2002 году, выполняла движения, описанные в его заметках.

Оригинальный полный чертёж утерян. Заметки о механизме всплыли только в 1950-х годах, разбросанные по его бумагам, и именно с этих страниц приходилось работать более поздним инженерам.

Анатомия — то, что делает машину необычной. Леонардо провёл годы, препарируя человеческие тела, и применил это знание к суставам рыцаря, а не приблизительно к тому, как ведёт себя плечо или шея. Связи должны были воспроизводить реальные диапазоны движения, причём верхняя часть тела и ноги приводились в движение отдельными механическими системами.

Марк Росхейм, американский инженер-робототехник, реконструировал рыцаря в 2002 году по сохранившемуся материалу. Копия двигалась так, как указал Леонардо, что решило вопрос о том, был ли механизм работоспособным или декоративной фантазией.

Рыцарь был построен как развлечение. Автоматы такого рода появлялись при дворах и на банкетах, где фигура, движущаяся сама по себе, воспринималась как нечто живое. Версия Леонардо сидела внутри доспехов, которые скрывали тросы и сохраняли иллюзию рыцаря, пробуждающегося к жизни.

Метод сохраняется лучше, чем машина. Робототехники изучают, как движутся человеческие и животные тела, чтобы строить машины, копирующие эти движения, — подход, называемый биомиметикой. Гуманоидные роботы, протезы конечностей и роботизированные хирургические руки все зависят от точного моделирования суставов до того, как что-либо будет изготовлено.

Ни одна из этих машин механически не происходит от системы воротов и шнуров, нарисованной в 1490-х годах. Они работают на электрических приводах, датчиках и программном обеспечении, о которых Леонардо не имел понятия. Что переносится вперёд — его предпосылка: изучите тело достаточно внимательно, и его движение можно воссоздать в оборудовании.

Механический лев, построенный как дипломатический подарок

Леонардо построил шагающего механического льва near конца своей жизни, работая на Джулиано Медичи, и тот был преподнесён королю Франциску I как дипломатический подарок. Это одна из немногих машин, которые он спроектировал, которая была действительно построена и показана публике, а не оставлена эскизом.

Свидетели того времени сообщали, что животное могло шагать вперёд на собственном механизме и поворачивать голову. Затем его грудь распахивалась, чтобы показать геральдические лилии — эмблему французской короны.

Жест был политическим театром. Искусственный зверь вручал королю его собственный символ перед наблюдающим двором.

Никакие полные оригинальные планы не сохранились. Современные строители работают по письменным описаниям, оставленным людьми, видевшими машину в действии, поэтому реконструкции в музеях и гастролирующих выставках различаются между собой по внутренней механике. Передачи и источник питания — это обоснованное предположение, а не документированный факт.

Леонардо присоединился ко двору французского короля в 1516 году и получил резиденцию в Клу, в Амбуазе. Он умер там три года спустя в возрасте 67 лет и был похоронен в часовне на территории замка.

Лев принадлежит к категории, к которой Леонардо возвращался не раз: машины, построенные для зрителей, а не для боя, измерения или перевозки. Его единственной задачей было двигаться убедительно и выдать свой сюрприз в нужный момент, что делало скрытый механизм всем смыслом объекта.

Это также рабочее определение аниматроники — области, стоящей за движущимися фигурами на аттракционах тематических парков, в экспозициях музеев естественной истории и практических киноэффектах. Эти системы работают на электродвигателях, сервоприводах и компьютерной синхронизации. У Леонардо они работали на шестернях, кулачках и запасе пружинного натяжения и не нуждались в энергии сверх той, которую кто-то заранее в них вложил.

Инженерия не имеет ничего общего через пять веков между ними. Задание идентично: построить фигуру, которая движется достаточно хорошо, чтобы убедить толпу, и скрыть механизм, выполняющий работу.

Источник:  https://earth-chronicles.ru/