Τα αυτόματα στην αρχαία ελληνική τεχνολογία

Ο Αυτοματισμός είναι ένα από τα πιο ιστορικά πεδία της επιστήμης, διότι η ανάπτυξή του συνοδεύει την εξέλιξη όλων των άλλων τεχνολογιών. O μεγάλος Αλεξανδρινός μηχανικός, ο Φίλων ο Βυζάντιος, κατατάσσει την Αυτοματοποιητική, ως κατάληξη όλων των άλλων κλάδων της Μηχανικής.

Τα αυτόματα μέσα στην ιστορία της αρχαίας ελληνικής τεχνολογίας αποτελούν σίγουρα ένα ιδιαίτερο, ξεχωριστό, ειδικό και ταυτόχρονα εντυπωσιακό στοιχείο. Στόχος μας όμως δεν είναι ούτε να ξεχωρίσουμε, να απομονώσουμε και να προβάλουμε έναν εξεζητημένο κλάδο της τεχνολογίας, ούτε να εντυπωσιάσουμε. Στόχος μας αντίθετα είναι να συνδέσουμε τους διάφορους τεχνολογικούς κλάδους ανάμεσα τους, να αναδείξουμε την τεχνική σκέψη που περιέχουν, να συνδέσουμε την τεχνολογία με τα άλλα πνευματικά δημιουργήματα του ανθρώπου, όπως τη φιλοσοφία και την τέχνη. Στόχος μας είναι ακόμη να γεφυρώσουμε ιστορικά το χάσμα που χωρίζει την παραγνωρισμένη αρχαία ελληνική τεχνολογία με την ευρωπαϊκή Αναγέννηση και τις ιδέες της βιομηχανικής επανάστασης.

Και τα αυτόματα μας διευκολύνουν σ? αυτό: "Παν μέρος της μηχανικής εν τη αυτοματοποιητική παραλαμβανόμενον/η αυτοματοποιητική, η τέχνη της κατασκευής των αυτομάτων, περιλαμβάνει, περιέχει όλους τους κλάδους της μηχανικής, συμπυκνώνει όλη την επιστημονική και τεχνική γνώση των μηχανικών" αναφέρει ο Ηρών στην εισαγωγή της Αυτομαιοποιητικής του. Και ο άλλος μεγάλος Αλεξανδρινός μηχανικός, ο Φίλων ο Βυζάντιος, κατατάσσει την Αυτοματοποιητική, στο τέλος του περίφημου έργου του "Μηχανική Σύνταξις", ως κατάληξη όλων των άλλων κλάδων της Μηχανικής.

Αναμφισβήτητα τα αυτόματα αποτελούν την τεχνολογία αιχμής κάθε εποχής. Τα τρία μεγάλα άλματα που πραγματοποίησε η τεχνική σκέψη στην ιστορική της εξέλιξη αφορούν: Πρώτον, την εφεύρεση των εργαλείων, των τεχνητών και άψυχων αντικειμένων, που επεκτείνουν τη δύναμη, τις ικανότητες και την εμβέλεια του ανθρώπου, όπως το ρόπαλο, το ακόντιο και το δρεπάνι. Δεύτερον, την επινόηση των μηχανών, που αποτελούν συμπλέγματα επιμέρους μηχανισμών, ικανών να μεταδίδουν κίνηση ή να ενισχύουν φυσικά μεγέθη, και που λειτουργούν αξιοποιώντας μιαν εξωτερική ενέργεια, π.χ. την ενέργεια του ανθρώπου, ενός ζώου, του νερού ή του ανέμου, όπως το τόξο, η άμαξα και το πλοίο. Και τρίτον, τα αυτόματα, τις αυτοκίνητες εκείνες μηχανές που κινούνται με ενέργεια εσωτερική, πλησιάζοντας περισσότερο τη λειτουργία των ζωντανών όντων. Τα αυτόματα όμως αυτά έχουν πανάρχαιες ρίζες.

Τα μυθικά αυτόματα

Οι πρώτες αυτοκίνητες μηχανές είναι παιδιά της ποιητικής φαντασίας. Αποτελούν δημιουργήματα μιας μυθικής ενόρασης, μιας τεχνολογικής πρόθεσης, μιας τεχνικής επιθυμίας. Εμπεριέχονται στον αρχαίο ελληνικό μύθο και αποτελούν έκφραση της ανθρωπομορφικής του αντίληψης.

Η λέξη "αυτόματον" είναι λέξη ομηρική. "Αυτόμαται δε πύλαι μύκον ουρανού/αυτόματα, από μόνες τους, άνοιξαν οι πύλες του ουρανού" γράφει ο Όμηρος στην Ιλιάδα του (Ε 749, βλ. σχ. 4). Και ο Ήφαιστος, ο τεχνολόγος, σιδεράς και αυτοματοποιός θεός των Ελλήνων, "τρίποδας είκοσι έτευχεν, χρύσεα δε σφ? υπό κύκλα εκάστω πυθμένι θήκεν, όφρα οι αυτόματοι θείον δυσαίατ? αγώνα· θαύμα ιδέσθαι,/είκοσι τρίποδες συνολικά μαστόρευε και άρμοζε ρόδες χρυσές κάτω απ' τη βάση καθενός, για να μπορούν αυτόματα, αυτοκινούμενοι, μες στων θεών τη σύναξη να μπαίνουν. Και ήταν αξιοθαύμαστοι, ένα θαύμα να τους βλέπει κανείς" (Σ 376). Κι ακόμη έχει ο Ολύμπιος τεχνουργός "δύο χρυσές θεραπαινίδες, σκλάβες μεταλλικές, με λογικό, φωνή και δύναμη, φτιαγμένες ειδικά για να μπορούν τον κουτσοπόδαρο θεό να υποβαστάζουν" (Σ 417).

Στο άλλο έπος του ποιητή, το έπος που αφορά την τέχνη της θάλασσας, την Οδύσσεια, ο Βασιλιάς των Φαιάκων Αλκίνοος αναφέρεται "στα πλοία του τα κατασκευασμένα με σκέψη, στα πλοία με την κατασκευασμένη σκέψη, με την τεχνητή τους νοημοσύνη (τιτυσκόμεναι φρεσί νήες), πλοία που δεν έχουν ούτε κυβερνήτες ούτε πηδάλια σαν ι' άλλα καράβια, αλλά με εξαιρετική ταχύτητα διανύουν τις θαλασσινές αποστάσεις, ακόμη κι όταν έχει σκοτάδι και συννεφιά, και ποτέ δεν υπάρχει φόβος να πάθουν βλάβη ή να χαθούν" (θ 556).

Αυτά τα μυθικά τεχνικά οράματα στηρίζονται ίσως σε αναφορές ακόμη αρχαιότερων αυτόματων κατασκευών, όπως τα αυτόματα συστήματα ύδρευσης των Βαβυλωνίων ή τα αυτόματα πλοιάρια και τα αυτοκίνητα νευρόσπαστα αγάλματα των Αιγυπτίων, που αναφέρει ο Ηρόδοτος. Επηρεάζουν όμως με τη σειρά τους τόσο τους αρχαίους τεχνικούς όσο και τους πρώτους φυσικούς φιλοσόφους.

Τα αυτόματα στην κλασική επιστήμη και τεχνολογία

Οι φυσικοί, προσωκρατικοί φιλόσοφοι, εισάγουν πρωτοπόρο την επιστημονική σκέψη, επιχειρούν τη φυσική ερμηνεία του κόσμου και αποδίδουν τη δημιουργία του οε υλικά στοιχεία σαν τη γη, το νερό, τον αέρα και τη φωτιά. Εννοούν μάλιστα τα υλικά αυτά στοιχεία όχι άψυχα, αλλά έμψυχα, με ψυχή, πνοή, ενέργεια, ικανά να κινηθούν και να κινήσουν. Η αντίληψη αυτή, για τον έμψυχο υλικό κόσμο, γίνεται στη συνέχεια αντίληψη τεχνική, επιδίωξη των αρχαίων τεχνιτών να προσθέσουν εσωτερική ενέργεια στα κατασκευάσματα τους και να δημιουργήσουν μηχανές ικανές να κινούνται από μόνες τους. Τέτοιου είδους εσωτερική ενέργεια αναζήτησαν στα τέσσερα πρωταρχικά φυσικά στοιχεία. Η γη προκαλούσε δυναμική ενέργεια λόγω της βαρύτητας, ενέργεια που μπορούσε να αξιοποιηθεί με την πτώση ενός μολύβδινου βάρους. Η ροή του νερού μελετήθηκε ιδιαίτερα στα υδραυλικά συστήματα. Οι ιδιότητες του κενού και του αέρα μελετήθηκαν στο νέο κλάδο των "Πνευματικών". Κατ η φωτιά μπορούσε να προκαλέσει κίνηση είτε με τη μετατροπή του νερού σε ατμό είτε με τη διαστολή του θερμαινόμενου αέρα. Στη συνέχεια αναφέρουμε μερικά χαρακτηριστικά παραδείγματα εφαρμογής των ιδιοτήτων αυτών στην κατασκευή αυτομάτων κατά τα κλασικά και ελληνιστικά χρόνια.

Το αυτόματο περιστέρι του Αρχύτα. Πρώτη ιστορική αναφορά ενός τεχνικά άρτιου αυτόματου μηχανισμού βρίσκουμε στις περιγραφές του Ρωμαίου Αυλού Γελλιου (γύρω στο 143 μ.Χ.) κατ του σύγχρονου του Έλληνα φιλοσόφου Φαβωρίνου. Κατ' αυτούς ο φίλος του Πλάτωνα Αρχύτας, από τον Τάραντα της Σικελίας (430-350 π.Χ.), καινοτόμος στα μαθηματικά και ιδρυτής της επιστημονικής μηχανικής, κατασκεύασε "ξυλίνην πετομένην αυτομάτην περιστεράν/ξύλινο ομοίωμα περιστεριού που πετούσε εξαιτίας ενός ρεύματος αέρος που περιείχε και έχοντας τόσο καλά ζυγιασμένα τα βάρη του" (Αυλός Γέλλιος, Ατάκες Νύχτες 10, 12, 9, Φαβωρίνος, Παντοδαπή Ιστορία, αποσπάσματα). Η μηχανή αυτή είχε τη δυνατότητα να κινείται αφ' εαυτής, να πετά, αξιοποιώντας ως εσωτερική της ενέργεια την τάση εκτόνωσης που διέθετε ο πεπιεσμένος στο εσωτερικό της αέρας. Η κατεύθυνση της πορείας της καθοριζόταν από την κλίση του ακροφύσιου, που αποτελούσε τη διέξοδο εκτόνωσης του πεπιεσμένου αέρα.
Η μηχανή άφεσης των αλόγων στον ολυμπιακό ιππόδρομο. Ο Παυσανίας (110-180 μ.Χ.) αναφέρεται στο έργο του "Ελλάδος Περιήγησις" στο μηχανικό Κλεόπα, αγνώστου εποχής, ο οποίος "εφηύρε και κατασκεύασε τους μηχανισμούς της αφετηρίας στον ιππόδρομο της Ολυμπίας" (6, 20, 14). Σύμφωνα με τις περιγραφές αυτές "ο αφέτης του ιπποδρόμου βάζει σε κίνηση (ανακινεί) τη μηχανή που βρίσκεται μέσα σε ένα βωμό, επιχρισμένο εξωτερικά με κονίαμα, και έχοντας τοποθετημένο πάνω του έναν χάλκινο αετό. Τότε ένα βαρύ μολύβδινο δελφίνι στερεωμένο πάνω σε ένα μακρύ ξύλινο δοκάρι πέφτει, ενώ από το βωμό πετάγεται ψηλά ο αετός, γίνεται ορατός από τους θεατές και ταυτόχρονα κρότος ακούγεται δυνατός" (6, 20, 10). Η μηχανή αυτή που περιγράφει ο Παυσανίας πρέπει να ήταν ένας δουλεμένος στον τόρνο θάλαμος συμπίεσης, μια μορφή καταθλιπτικής αντλίας, εφοδιασμένης με μια κατάλληλα ρυθμισμένη βαλβίδα εξόδου. Όταν δηλαδή ο αφέτης απελευθέρωνε μια ύσπληγγα, ένα σύστρεμμα νεύρων, όμοιο με αυτό που είχαν οι καταπέλτες και οι αφετηρίες των δρομέων, το μολύβδινο δελφίνι έπεφτε λόγω του βάρους του, το δοκάρι στο οποίο ήταν συνδεμένο λειτουργούσε σαν μοχλός, και το έμβολο μέσα στην αντλία του βωμού συμπίεζε τον εγκλωβισμένο αέρα μέχρι την εκτίναξη του χάλκινου αετού. Η εσωτερική ενέργεια της μηχανής αυτής ήταν και εδώ η τάση εκτόνωσης του πεπιεσμένου αέρα.
Η σφαίρα του Αιόλου. Στο έργο του "Πνευματικά" ο Ηρών ο Αλεξανδρεύς (περί το 100 π.Χ.) μελετά τις ιδιότητες των υγρών και των αερίων και αξιοποιεί την τάση διαστολής του θερμού ατμού για να παράγει περιστροφική κίνηση και να επινοήσει έτσι τον πρόδρομο της ατμομηχανής. "Πάνω από θερμαινόμενο λέβητα περιστρέφεται σφαίρα σταθερά προσαρμοσμένη σε περιστρεφόμενο άξονα" (Ηρών, Πνευματικά, Β, 11). Εδώ το νερό θερμαίνεται μέσα σε ένα λέβητα μέχρι βρασμού. Ο ατμός διοχετεύεται μέσα από ένα σωλήνα παροχής σε μία κοίλη σφαίρα που διαθέτει δύο κεκαμμένα ακροφύσια. Η εκτόξευση του ατμού με πίεση μέσα από τα ακροφύσια αυτά προκαλεί την κινητήρια ροπή και την περιστροφή της σφαίρας.
Αυτόματες πύλες ναού. Την ιδιότητα της διαστολής του θερμαινόμενου αέρα αξιοποιεί ο Ηρών για να κατασκευάσει ακόμη πύλες ναού που ανοίγουν και κλείνουν αυτόματα. "Ναός κατασκευάζεται, έτσι ώστε, μόλις ανάβει φωτιά σε βωμό, που βρίσκεται στην είσοδο του, και γίνει θυσία, οι πόρτες του ναού να ανοίγουν αυτόματα και μόλις σβήσει η φωτιά πάλι να κλείνουν" (Ηρών, Πνευματικά, Α, 38). Όταν ανάψει η φωτιά στο Βωμό, διαστέλλεται ο θερμαινόμενος αέρας στο δοχείο κάτω από το βωμό, πιέζει το νερό που βρίσκεται οε ένα στεγανό και σταθερό δοχείο πιο κάτω και το μεταφέρει σε ένα κινητό δοχείο, συνδεμένο μέσω τροχαλιών και αντίβαρων με τις πύλες του ναού. Ο μηχανισμός αυτός εφαρμόστηκε πιθανόν στο μεγάλο ναό της Εφέσιας Αρτέμιδος.
Τα αυτόματα θέατρα. Ο Ηρών χρησιμοποιεί ακόμη στην "Αυτοματοποιητική" του έναν μηχανισμό κίνησης των αυτόματων θεάτρων του, που αξιοποιεί τη δυναμική ενέργεια ενός μολύβδινου βάρους. Η κατακόρυφη πτώση του βάρους αυτού προκαλεί την ελεγχόμενη οριζόντια αυτοκίνηση ολόκληρου του μηχανισμού. Ο έλεγχος γίνεται μέσω ενός συστήματος περιελίξεων του νήματος στον κινητήριο τροχό. Ο μηχανισμός αυτός είναι σε θέση να παρουσιάζει ολόκληρες θεατρικές παραστάσεις. Ιδού η περιγραφή: "Τοποθετούμε αρχικά το αυτόματο σε κάποια θέση και αφού απομακρυνθούμε ύστερα από λίγο χρόνο μεταβαίνει το αυτόματο σε κάποιον άλλη ορισμένη θέση. Κι όταν αυτό σταματήσει, φωτιά ανάβει στο βωμό μπροστά απ? τον Διόνυσο. Κι απ? το ραβδί του Διονύσου αναβλύζει γάλα ή νερό κι από την κούπα του χύνεται κρασί... Και με λουλούδια στεφανώνεται όλος ο χώρος γύρω από τους τέσοερις στύλους της βάσης. Και οι κυκλικά τοποθετημένες Βάκχες γυρίζουν χορεύοντας γύρω απ' το μικρό ναό. Και ήχος ακούγεται τύμπανων και κυμβάλων..." (Ήρων, Αυτοματοποιητική, 4, 2). Όλα αυτά τα "πάρεργα" του αυτόματου θεάτρου αποτελούν, όπως και το σύοτημα ολόκληρο, επιμέρους αυτόματα συστήματα ελέγχου. Εξαιρετικά σύνθετα αυτόματα συστήματα, δύσκολα στην κατασκευή τους, με ελεγκτές διαφόρων ειδών, όπως υδραυλικές βάνες, μηχανικούς διακόπτες, τροχούς, βαλβίδες, με δυνατότητα προγραμματισμού των κινήσεων μέσω λεπτών περιελίξεων των νημάτων, όμως στη σύλληψη τους απλά, "ανοιχτά" όπως λέγονται, συστήματα ελέγχου, συστήματα οδήγησης, συστήματα που ακολουθούν μια προγραμματισμένη εξωτερική εντολή.