История технической игрушки
Д. М. Комский, Б.М. Игошев
История технической игрушки уходит своими корнями в далекое прошлое, так как она связана не только с развитием игрушки вообще, но и с развитием техники. Наиболее характерной особенностью технической игрушки является ее способность к движению и даже к самодвижению. А самодвижущиеся механизмы — автоматы люди пытались создавать еще в античные времена. Правда, в ту пору потребность в таких устройствах определялась не столько реальными практическими нуждами общества (материальные ценности в котором создавались в основном тяжелым физическим трудом рабов), сколько запросами рабовладельческой знати, нуждавшейся в предметах роскоши и развлечениях. Творческие замыслы ученых той эпохи нередко воплощались поэтому в хитроумных и забавных устройствах-игрушках, имитировавших внешний вид и движения человека и животных и вызывавших интерес пресыщенной развлечениями верхушки античного общества. Понятно, что такие занимательные механизмы-автоматы можно было называть игрушками лишь с некоторой оговоркой: они развлекали не детей, а взрослых.
Впрочем, некоторые из подобных устройств создавались и с практической целью, не имевшей, однако, ничего общего с облегчением человеческого труда. .Таков был, например, автомат для продажи "святой" воды, сконструированный по заказу египетских жрецов Героном Александрийским еще в 1 в. до нашей эры.
Для приведения в действие автоматов-игрушек древние механики использовали энергию падающего груза, вытекающей из отверстия струи воды или высыпающегося песка. До наших дней дошли сведения о талантливых мастерах той далекой эпохи и о созданных ими самодвижущихся устройствах-игрушках: летающих птицах, бегающих и рычащих зверях и т. п. В одном из произведений Герона — книге "Пневматика" — описаны несколько десятков таких автоматических механизмов. А в другом произведении этого ученого и инженера, которое называется "Театр автоматов", описано даже устройство целого театра, представление в котором разыгрывали фигурки-куклы, приводимые в движение с помощью системы зубчатых колес, блоков и рычагов.
Пьеса, которую исполнял "Театр автоматов" Герона, передавала легенду о Навплии, относящуюся к временам Троянской войны, - месть Навплия грекам, побившим его сына Паламеда камнями. Пьеса содержала пять актов и восемь картин. В первом акте зритель видел, как данайцы строят корабли перед походом: они пилят, строгают, бьют молотками; слышны соответствующие звуки. Во втором акте люди тянули построенные суда с помощью веревок в воду. В третьем акте перед зрителями открывалась картина спокойного моря с кильватерной колонной парусников и резвящимися в воде дельфинами. Следующая сцена изображала шторм, строй кораблей нарушался, они собирались вместе. В четвертом акте показывалась месть Навплия, который зажигал факел, стоя на скале; при этом присутствовала Афина. Мореплаватели, приняв огонь факела за свет маяка, направляли корабли на скалы. В последнем, пятом акте развертывалась картина кораблекрушения. В волнах появлялся плывущий Аякс, слышался удар грома и сверкала молния, которой Афина поражала Аякса. Аякс скрывался в волнах, фигура Афины исчезала, и представление заканчивалось.
С развитием механики и особенно часового производства в XVI-XVIII вв. механические модели живых существ стали очень популярными, над их конструированием и изготовлением увлеченно трудились многие мастера-часовщики. Создание такой модели-автомата было тогда как бы экзаменом на аттестат технической зрелости механика, сулило ему известность и славу. Многих мастеров-механиков того времени даже неправильно называть часовщиками. Это были настоящие ученые, талантливые инженеры-конструкторы. Некоторые из них достигали в своей работе такого мастерства и совершенства, что их изделия представляли собой замечательные произведения искусства.
В Музее изящных искусств швейцарского города Невшателя хранятся удивительные машины-автоматы - механические люди, построенные в XVIII в. талантливыми часовщиками Пьером-Жаком Дро и его сыном Анри Дро. Искусным швейцарским мастерам удалось добиться поразительной слаженности, живости и правдоподобия движений холодных и мертвых механизмов, приводимых в движение обычным часовым устройством с заводной пружиной.
. . . За столиком на скамейке сидит большая кукла ростом с пяти-шестилетнего ребенка. Это писец. В его правой руке гусиное перо, перед ним на столике — чернильница и лист бумаги. Писец аккуратно макает перо в чернильницу и, наклонив голову, старательно выводит на бумаге красивыми крупными буквами ровные строчки. Окончив писать, он на несколько мгновений задумывается, поворачивает голову, берет песочницу, посыпает лист песком для просушки и, спустя несколько секунд, стряхивает песчинки.
Рядом с писцом — художник с карандашом в руке. Склонившись над бумагой, он не спеша рисует на листе различные фигурки, время от времени останавливаясь и созерцая нарисованное, размышляет, дует на бумагу, чтобы удалить с нее соринки.
Третий механический человек часовщиков Дро — девушка музыкантша. Эта кукла, таких же размеров, как и ее собратья, сидит за фисгармонией. Пальцы ее рук бегают по клавишам, голова поворачивается, как бы следя глазами за движением рук. Музыкантша четко и легко играет трели и быстрые пассажи, ее грудь поднимается и опускается, словно она не в силах сдержать волнения, навеянного музыкой. Окончив игру, исполнительница слегка наклоняет голову, благодарит слушателей.
Андроиды (так были названы эти выдающиеся произведения механики в честь их создателей) и в наши дни вызывают большой интерес и неизменное восхищение посетителей Невшательского музея. Хотя механические люди имитируют лишь внешнее сходство с человеком и некоторые его движения, у зрителей сохраняется чувство, как будто перед ними настоящие живые существа.
Не меньшую популярность в XVIII в. завоевал другой создатель диковинных механических автоматов — французский механик Жак Вокансон. Из его работ наиболее известен флейтист-кукла размером со взрослого человека, держащая у губ флейту. Вдувая воздух и перебирая пальцами в определенной последовательности клапаны флейты, автомат исполнял 11 различных мелодий. Другой шедевр Вокансона - утка - могла воспроизводить довольно большой комплекс различных движений. Она не только крякала и передвигалась, переваливаясь с боку на бок, но также плавала и плескалась в воде, двигала головой, расправляла крылья и приводила в порядок перья с помощью своего клюва. Кроме того, утка пила воду и клевала зерна, "переваривая" их с помощью химических веществ (для этого в ее брюшке была устроена своеобразная химическая лаборатория).
Вокансон много ездил по Европе, демонстрируя всюду свои замечательные автоматы. Побывал он и в России. Здесь одна из его уток сгорела во время пожара на ярмарке в Нижнем Новгороде. В настоящее время некоторые из известных автоматов Вокансона хранятся в Парижской консерватории искусств и ремесел.
XVIII в. дал миру ряд других выдающихся конструкторов механических автоматов. В Венском техническом музее и сейчас находится один из первых механических самописцев, изготовленных в те годы придворным механиком Фридрихом Кнауссом. Этот автомат представляет собой аллегорическую фигуру сидящего на шаре человека, который может писать на листе бумаги текст, содержащий до 79 букв. А в Государственном Эрмитаже в Ленинграде хранится относящийся к этой же эпохе интересный и оригинальный автомат — часы "Павлин" Кокса с подвижными фигурами, изображающими клетку с совой, петуха, павлина, грибы, под шляпками которых помещены цифры, указывающие время. Механизм часов заводится и устанавливается на определенное время, при наступлении которого клетка с совой вращается, колокольчики, окаймляющие ее, мелодично звенят, сова хлопает глазами, петух поднимает голову и поет, а павлин распускает хвост и вращается вокруг своей оси. Часы "Павлин" были отремонтированы русским механиком И. П. Кулибиным в самом конце XVIII в. и действуют до настоящего времени.
И. П. Кулибин создал ряд любопытных автоматов, в том числе знаменитые часы яичной формы, которые тоже хранятся теперь в Государственном Эрмитаже. Часы эти по внешнему виду и размерам напоминают гусиное яйцо. В золотом корпусе художественной работы находится не только часовой механизм; здесь же встроен целый миниатюрный театр автоматов, где крохотные фигурки разыгрывают сцену, сопровождаемую мелодичным перезвоном. Чтобы представление началось, необходимо повернуть специальную стрелку. Ровно в полдень часы играют гимн, а в течение второй половины суток вызванивают мелодию, сочиненную самим Кулибиным. Каждый час, полчаса и четверть часа отмечаются особым перезвоном.
В XVII—XVIII вв. на Руси было немало мастеров-умельцев, проявлявших чудеса изобретательности и таланта. В известном рассказе русского писателя Н. С. Лескова "Левша" описана история такого умельца, тульского мастерового человека. С мягким юмором рассказывает писатель, как механик Левша ухитрился подковать заводную стальную блоху — миниатюрный механический автомат, привезенный из Англии. Гвоздики, которые выковал для этой цели мастер, нельзя было разглядеть ни в какой "мелкоскоп".
Увлечение заводными автоматами — механическими подобиями человека и животных, музыкальными шкатулками и пр. — продолжалось в XIX в. и даже в начале XX в. Производство таких устройств значительно расширилось. Игрушки-автоматы появились в домах вельмож, в царских дворцах, стали предметом развлечения взрослых и детей. Они поступали в продажу в так называемых иностранных магазинах в Петербурге, Москве. В одном из номеров журнала "Нива" за 1879 г. можно было прочитать, например, такие объявления: "Продается клетка чудесной конструкции, в ней две райские птицы, поющие как нежный соловей. Цена 300 рублей". "Павлин, ходящий и распускающий перья. Цена 50 рублей". "Автоматы с музыкой — от 50 до 300 рублей".
Особенно были распространены заводные поющие птицы в клетках. Мехи, нагнетающие воздух в звуковой прибор, приводились в движение все тем же часовым механизмом со стальной пружиной.
Однако большая наука в XIX столетии заметно охладела к механическим игрушкам-автоматам, а потом и вовсе потеряла к ним интерес. Наступил век пара. Андроиды к этому времени сыграли свою роль в развитии техники. Опыт, накопленный поколениями мастеров-механиков при конструировании и постройке всевозможных заводных игрушек, помог разработать и проверить на практике основные принципы и технические средства машиностроения и автоматики, что позволило перейти к машинному производству. Машины и механизмы - потомки механических людей Дро и Вокансона, оснащенные тепловыми, а позднее и электрическими двигателями, заняли решающие позиции в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте. Теперь взорам восхищенных обывателей все чаще представлялись уже не диковинные машины-игрушки, созданные для забавы и развлечения, но деловые и серьезные машины-труженики. Андроиды и другие механические подобия человека и животных, созданные талантливыми мастерами прошлого, нашли свой последний приют в тихих залах технических музеев. Впрочем, самые прямые потомки этих шедевров — механические заводные игрушки, простые, неприхотливые и общедоступные — не только не утратили своей популярности, но стали сходить с фабричных конвейеров тысячами и десятками тысяч и до наших дней доставляют радость малышам.
Что же касается большой науки и техники, то в этой области на рубеже XIX и XX вв. произошли важные изменения. Новые времена принесли с собой и новые идеи. Электричество, радио, достижения физики неизмеримо расширили возможности моделирования живых существ. На смену "механическим людям"— андроидам пришли "электромеханические люди" — роботы.
Слово "робот" обязано своим появлением чешскому писателю-сатирику и публицисту Карелу Чапеку. Так в одном из его фантастических произведений (К. Чапек, RUR, Сочинения, т. 3. — М.: Гослитиздат, 1958, с. 93—184) назывались человекоподобные автоматы, изобретенные неким талантливым инженером Россумом. В этом произведении роботы идеально приспособлены для работы на станках вместо живых людей — рабочих. Они не обладают человеческими чувствами и лишены человеческих запросов. Но по мере усовершенствования роботы из машин-автоматов превращаются в мыслящие машины, восстают против создавших их людей и уничтожают своих хозяев.
С легкой руки этого писателя название "робот" прочно закрепилось теперь за всевозможными автономно работающими техническими системами. Сегодняшние промышленные роботы не похожи на человекоподобные устройства, описанные К. Чапеком. Это сложные машины и агрегаты, созданные на основе новейших достижений науки и техники, способные без непосредственного участия человека выполнять технологические операции на производстве с быстротой и точностью, недоступными людям. Промышленный робот не только сильнее человека, он может быть более эффективным, экономичным и выгодным в опасных, вредных или недоступных для человека условиях: под водой, в космосе, в условиях очень низких или высоких температур, давлений, повышенной радиоактивности.
Однако понятие "робот" имеет и более узкий смысл — электротехническое устройство, имеющее внешнее сходство с человеком и подражающее некоторым чертам его поведения. Такое понимание этого слова также стало использоваться с момента появления упомянутой книги К. Чапека. Немало изобретателей и инженеров потрудились над изготовлением игрушек в рост человека, нарочито причудливого вида, способных вставать, ходить, садиться, поворачивать голову, произносить фразы и т. п. Художники-карикатуристы изображают таких роботов в виде нелепых человекоподобных фигур, скрепленных огромными шарнирами и опутанных свитыми в спиральки проводами.
Одним из первых таких роботов был "мистер Телевокс", построенный американским инженером Венсли еще в 20-х годах нашего века. Телевокс управлялся на расстоянии с помощью свистков. По сигналам свистка он мог пускать в ход пылесос и вентилятор, зажигал лампы в комнате, открывал окна и двери. Кроме того, он мог произносить несколько фраз с помощью устройства механической звукозаписи. Впоследствии, после переделки, Телевокс был использован в качестве бессменного дежурного при водопроводной системе одного из нью-йорских небоскребов. Он следил за уровнем воды, пускал в ход насосы, отвечал на телефонные запросы о состоянии водопроводной системы.
Другой "электрический человек" — Эрик был изготовлен в 1928 г. английским инженером Ричардсоном. Этот робот, внешне похожий на закованного в доспехи средневекового рыцаря, также управлялся на расстоянии. Выполняя команды, он вставал, садился, отвечал на простые вопросы; при ответе у него светились глаза и во рту загорались маленькие зеленые лампочки.
В 1933 г. на выставке "Столетие прогресса" в Чикаго робот использовался в качестве лектора. Начиная лекцию о процессе пищеварения, он расстегивал жилет, открывая грудь и живот, стенки которых были прозрачными, и показывал пальцем пищевод, желудок, кишечник и печень, объясняя строение внутренних органов.
Ряд роботов, управляемых по радио, сконструировал и построил в эти же годы в Австрии инженер Август Губер. Эти роботы ходили, двигали головой и руками, мигали, курили, разговаривали по телефону. Немало других конструкторов отдали тогда дань идее создания искусственного электромеханического человека, могучего и покорного слуги своего хозяина. При этом многие всерьез полагали даже, что именно такие роботы и заменят в будущем (подобно роботам в пьесе К. Чапека) на заводах и фабриках живых рабочих и служащих. Однако в дальнейшем стало ясно, что подобные роботы - это, в сущности, такие же игрушки, какими были андровды XVIII в., хотя они и построены с применением последних достижений электроники и автоматики.
Не случайно и в технических игрушках для детей, начиная с 30-40-х гг. нашего века, все больше стало находить применение электричество: замена пружинного механического двигателя электромоторчиком с батарейкой, а также использование лампочек, звонков и других подобных деталей и узлов делали электрифицированные игрушки гораздо более эффектными, интересными и занимательными по сравнению с их чисто механическими собратьями.
В 50-х годах нашего столетия конструкторы роботов стали наделять свои создания новыми способностями — действовать не только по "жесткой", заранее заданной программе, но и с учетом условий, определяющихся обстановкой, окружающей средой. Самый простой из таких автоматов был построен по предложению "отца кибернетики" Норберта Винера. В зависимости от характера регулировки это кибернетическое устройство можно было рассматривать либо как стремящуюся к свету моль, либо как бегущего от света клопа.
Конструкция представляла собой небольшую тележку с электродвигателем, питающимся от батарейки, помещенной на этой же тележке. Управление движением тележки осуществлялось с помощью двух фотоэлементов и электронных усилителей. При одинаковой освещенности обоих фотоэлементов управляющая система находилась в равновесии, двигатель оставался выключенным, и тележка была неподвижна. При более сильной освещенности одного из фотоэлементов равновесие нарушалось, срабатывало реле, включая двигатель. В зависимости от направления вращения двигателя тележка начинала двигаться либо в одну, либо в другую сторону до тех пор, пока не уравнивались освещенности обоих фотоэлементов. Моль была отрегулирована так, что при срабатывании реле тележка двигалась в сторону более яркого свети. Клоп же, наоборот, стремился спрятаться от света и общаривал комнату в поисках темного угла.
Английский физиолог Грей Уолтер сконструиропал несколько более сложных устройств подобного типа, получивших впоследствии название "черепах", так как они действительно напоминали этих животных своим внешним видом и медлительностью действий. Черепаха Эльмер (электромеханический робот) была выполнена в виде небольшой трехколесной тележки, на которой были установлены два мотора (ход вперед и поворот), несколько электромагнитных реле, электронная аппаратура и питающий аккумулятор. Пока аккумулятор черепахи был заряжен, она вела себя как сытое животное: при слабом освещении или в темноте она медленно передвигалась по комнате, при столкновении с каким-либо препятствием (буфетом, ножкой стола и пр.) она останавливалась, сворачивала в сторону и обходила это препятствие. Если в комнате появлялся яркий источник света, Эльмер вскоре замечал его и направлялся к свету, но не подходил к лампе слишком близко, "боясь" ослепления. По мере разряда аккумулятора черепаха начинала проявлять все больший интерес к источнику света, так как он освещал "кормушку" - место для зарядки аккумулятора. Когда аккумулятор был разряжен настолько, что нуждался в подзарядке, черепаха смело направлялась к источнику света и подключалась к питающим контактам зарядного устройства. Получив "пищу" — новый запас электроэнергии, она отходила от зарядного устройства и вновь блуждала по комнате в поисках неосвещенного угла.
Другая черепаха — Эльзи (Electro-Light- sensitiv - электросветочувствительный робот) вела себя немного иначе: более активно реагировала на малейшие изменения освещенности, быстрее и больше двигалась, расходовала больше энергии и чаще посещала кормушку.
Еще более интересной была третья черепаха Г. Уолтера — Кора (Conditional Reflex Automat — автомат условного рефлекса). Этот кибернетический зверек обладал не только "зрением" и "осязанием", но еще и "слухом": к его органам чувств конструктор добавил микрофон. Кроме того, его можно было обучать, вырабатывая у него что-то вроде условного рефлекса (благодаря наличию элемента памяти в виде конденсатора, способного в течение некоторого времени сохранять накопленный электрический заряд).
Как известно, условный рефлекс — результат обучения, привычки. Недаром англичане называют его Learned reflex, т. е. наученный, выученный рефлекс. Если много раз повторять демонстрацию условного рефлекса, не подкрепляя его, т. е. не проводя время от времени совместного действия безусловного и условного раздражителей, то условный рефлекс затухает (забывается) и в конце концов исчезает совсем.
Конструктор вырабатывал у своей черепашки Коры условный рефлекс, обучая ее останавливаться перед препятствием и сворачивать в сторону по звуковому сигналу — свистку. Для этого он подавал сигнал (свисток) всякий раз, когда Кора при своем движении по комнате натыкалась на какую-либо преграду. Сначала черепашка не обращала внимания на свистки. Однако вскоре у нее стал вырабатываться условный рефлекс: по сигналу свистка она останавливалась, отступала назад и сворачивала в сторону, даже если перед ней никакого препятствия не было. Но выработанный таким образом условный рефлекс вскоре исчезал, если Кору часто обманывали, подавая сигнал свистка при отсутствии перед ней преграды.
Своеобразные черты поведения описанных кибернетических игрушек придавали им большое сходство с настоящими живыми существами, отличительной особенностью которых является именно умение действовать целесообразно, с учетом окружающей обстановки. Поэтому в дальнейшем подобные устройства, моделирующие поведение живых организмов, стали предметом пристального внимания и изучения ученых-кибернетиков, да и не только ученых. Энтузиастами в разных странах был изготовлен целый зверинец кибернетических животных: черепах, лисиц, белок, собак и т. п. Широкую известность получили мышь, отыскивающая дорогу в лабиринте, которую построил американский кибернетик Клод Шеннон; белка, собирающая орехи и относящая их в гнездо, созданная американцем Эдмуном Беркли; лисицы Барбара и Джоб, изготовленные французским ученым Альбером Дюкроком, и др. Оригинальную черепаху построили сотрудники Института автоматики и телемеханики АН СССР Р. Р. Васильев и А. П. Петровский. В Ленинградском электротехническом институте был сконструирован щенок, реагировавший на пищу и свет. Вместо свистка в качестве условного раздражителя было использовано нажатие на его хвост.
В 60—70-х гг. изготовлением подобных роботов и "киберов" стали увлекаться студенты научных кружков и обществ, а затем отдельные радиолюбители и даже юные техники. Все больше таких конструкций экспонировалось на выставках технического творчества, их описания стали появляться на страницах научно-популярных изданий. И здесь неожиданно выяснилось, что, помимо большой науки и техники, увлечение моделированием функций живых организмов раскрывает широкие и заманчивые перспективы и в иной области.
Во-первых, основные идеи и принципы устройства и действия таких электронных конструкций привлекли внимание инженеров, технологов, дизайнеров и других специалистов, занятых в индустрии игрушек: реализация этих идей и принципов в данной отрасли массового производства оказалась весьма эффективной и интересной. И вот, потеснив плюшевых мишек и механические заводные игрушки, на прилавках магазинов и секций детских товаров появились их младшие электронные собратья — умные черепашки, жуки и даже космические корабли и планетоходы, внутренняя начинка которых порой напоминает средней сложности радиоприемник. На радость нашим малышам они умеют не только передвигаться, подчиняясь командам своих юных повелителей, но также демонстрируют всевозможные звуковые и световые эффекты, решение разнообразных логических задач и многое другое, т. е. делают все, что позволяют средства современной электроники.
Во-вторых, не осталось незамеченным и то обстоятельство, что конструирование и изготовление кибернетических игрушек и разнообразных электронных устройств-автоматов оказывается теперь под силу не только специалистам-профессионалам, но и любителям. Специально для них наша промышленность стала выпускать теперь в широком ассортименте детали, узлы, комплекты, наборы различных электронных устройств — их все больше появляется на прилавках магазинов. Специально для них в популярных технических изданиях даются описания разнообразных конструкций пбдобного рода и приводятся рекомендации по их изготовлению и налаживанию: твори, выдумывай, пробуй! Так что любой из юных энтузиастов, сообразуясь со своими интересами, опытом и возможностями, может испытать свои силы в конструировании и постройке электронных игрушек-автоматов.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://igrushka.kz/