STORIA DEGLI AUTOMI di Cosimo Vincelles

 Il termine automa, secondo l’enciclopedia Treccani,  deriva dal greco “automatos”  e significa letteralmente “spontaneo, che agisce da sé,  e quindi semovente”.  Con questa parola si indicavano le macchine che riproducevano il movimento e l’aspetto dell’uomo o degli animali.

Sebbene il primo automa  (rappresentante una colomba di legno che poteva compiere piccoli voli) sia stato costruito nel IV secolo a.C.  dal filosofo Archita di Taranto, è stata la Grecia, in epoca Ellenistica,  la culla dello sviluppo della scienza e delle costruzioni ad essa collegate. Infatti la civiltà greca non ha dato origine solo agli studi filosofici, ma va anche ricordata per le scienze tecniche e per le invenzioni che realizzò: i telai, i torchi e le macine ecc.  

Alessandria d’Egitto è stata il centro di questo sviluppo. Qui si ritrovavano gli studiosi più importanti dell’epoca: Archimede, Eratostene, Euclide ecc . In questo periodo la meccanica si separò  dalla filosofia e all’interno della meccanica si cominciò a studiare la pneumatica. La pneumatica studia  l’elasticità dell’aria; studia i movimenti che aria, acqua e fuoco possono determinare quando entrano in rapporto reciproco.

Erone di Alessandria scrisse tra il I e II secolo a.C. un’opera dal titolo “Pneumatiche” dove descriveva diverse apparecchiature che costruì a scopo didattico per i suoi studenti, per fargli capire meglio le leggi della fisica. Di questi apparecchi ricordiamo:

  • Il tempio con le porte automatiche.                                                                                              

Al  lato del tempio c’è un fuoco acceso. Sotto al braciere  c’è un tubo che entra in un serbatoio contente acqua. Il calore del fuoco si trasmette dal braciere al tubo sottostante. Col calore l’acqua evapora e passa  nel tubo curvo che è collegato ad un secchio. L’acqua qui condensa e riempie  il secchio. Il secchio è attaccato ad una carrucola e man mano che si riempie e diventa pesante, scende  verso il basso. Così la corda aziona la carrucola che fa a sua volta spostare i 2 battenti e le porte del tempio si aprono … con stupore di chi è davanti al tempio!

  • Il dispensatore di acqua.                                                                                           

Erone costruì un vaso dal quale poter attingere acqua per pulirsi le mani prima di entrare nel tempio. Funzionava  con l’introduzione di una moneta , che faceva spostare un cursore, al quale era attaccato il tappo,  che teneva chiuso il foro da cui usciva il liquido. Non usciva tanta acqua: usciva quella poca che serviva per detergersi. Se si voleva più acqua, era necessario inserire più monete.

Questo meccanismo fu molto utilizzato per la costruzione di statue e fontane a sorpresa nei giardini fino a tutto il Rinascimento. Troviamo grandi apparati di fontane con giochi d’acqua nel castello di Hellbrun a Salisburgo, ma anche a Firenze nel parco di Pratolino.

  • L’eolipila.                                                                                                                                                                                                   

E’ un contenitore di acqua che viene scaldata col fuoco sottostante. L’acqua col calore bolle e genera vapore, che passa nei due tubicini. Così la sfera collegata ai tubi comincia a ruotare, dimostrando  che il calore è energia. Questo è il principio della fisica su cui si baserà la rivoluzione industriale molti secoli più tardi!

Erone scrisse anche un trattato sugli automi, dal titolo Automata. Nel libro spiegava l’applicazione dei principi del moto (autonomo, rettilineo o circolare) al teatro.

  • Il teatro a scene fisse.

Per mettere in scena il dramma di Nauplius (che racconta il ritorno degli Achei dopo la distruzione di Troia), che era in 5 atti, Erone costruì un sistema, che permetteva il cambio automatico delle scene ad ogni atto.  Il movimento dei personaggi e degli oggetti avveniva per mezzo di pesi e contrappesi, che (grazie a funi e carrucole) spostavano delle piattaforme montate su ruote. I fondali erano facili da cambiare, perché erano tele dipinte arrotolate e bastava srotolarle nella giusta sequenza per dimostrare il cambiamento della scena.  

  • Il teatro a base mobile.                                                                                                                                                                                   

Nel disegno di Erone compare in alto la vittoria alata e Bacco. Bacco versa latte e vino sulla pantera mentre altri personaggi ballano intorno al tempio. Come fa Bacco a versare vino e latte? Dietro al timpano ci sono 2 serbatoi, pieni di liquidi, che scendono dentro a dei tubi (nascosti nella colonna) e portano vino nella coppa e il latte al tirso. Poi tramite una serie di corde, carrucole e contrappesi si fanno muovere le ali di Vittoria sfruttando lo svuotamento di un altro serbatoio (qui non rappresentato).

Erone perfezionò anche gli uccellini gorgheggianti di Filone di Bisanzio riuscendo a imitare il sibilo degli uccelli. Fu sufficiente far gorgogliare nell’acqua un getto d’aria:  Erone portò l’acqua fin nella gola degli uccelli (tramite un tubicino) e poi con un getto d’aria  generava il suono.

Nel Palazzo di Costantinopoli sembra, dai racconti, che ci fossero diversi  automi, tra quali proprio un albero di bronzo con sopra uccellini che cinguettavano.  Ai piedi dell’albero c’erano 2 leoni che ruggivano e muovevano testa e coda. Nel mezzo ai leoni c’era il trono che si sollevava addirittura da terra. Tutto per destare meraviglia nello spettatore (spesso negli ambasciatori stranieri), perché questa era la funzione principale per cui venivano costruiti gli automi: stupire ed intrattenere l’ospite. Nei giardini del palazzo di Costantinopoli c’erano anche capre di bronzo che raspavano mentre venivano munte, tori di rame che muovevano la testa. Nei giorni di festa dalle fontane del palazzo  usciva vino aromatizzato con spezie e miele. Questi automi,  probabilmente progettati da Leone Filosofo per l’imperatore Teofilo, funzionavano grazie ad un sistema di pompe idrauliche.

Altro esempio di macchina che testimonia il grande livello tecnico raggiunto dai Greci nelle scienze è il meccanismo di Anticitera (150-100 a.C.). Si trattava di una macchina in bronzo, simile ad un quadro (cm 30×15) e dello spessore di un libro. I meccanismi (con ruote dentate) dietro a questa lastra riproducevano il moto del sole (attorno ai 5 pianeti allora noti), le fasi del sole e della luna. Era un planetario meccanico che poteva prevedere anche le eclissi. Funzionava anche come calendario, infatti con questo strumento sapevano  dire quando c’erano le olimpiadi. (Adesso si trova al museo archeologico di Atene).                                                                                                          

Negli automi rientrano anche gli orologi. Prima dell’orologio meccanico nacque l’orologio idraulico, che sfruttava il principio del dispensatore di acqua di Erone. In pratica, come nella clessidra il passare del tempo è misurato dallo spostamento della sabbia, negli orologi ad acqua, il tempo viene misurato con il trasferimento di un liquido da un contenitore ad un altro. L’orologio ad acqua scandiva il tempo della vita antica in Grecia calcolando per esempio la durata del turno di guardia dei soldati, il tempo a disposizione di un giudice che doveva parlare in tribunale ecc. Vitruvio descrive un orologio ad acqua costruito ad Alessandria da Ctesibio.

L’orologio funzionava così: si versava acqua in un contenitore, l’acqua passava in un altro contenitore dove c’era un galleggiante che faceva salire un’asta. L’asta (dentata) era collegata a una ruota dentata e faceva  muovere una lancetta su un quadrante. La difficoltà era che il galleggiante doveva impiegare un’ora a spostarsi!                                                                                                                                                                                                               

 Anche in epoca Bizantina troviamo tanti automi. In particolare ricordiamo un orologio idraulico, ornato con uccelli meccanici che cantavano. L’orologio si trovava sulla torre dell’ippodromo a Costantinopoli almeno fino al 1200 circa. In tutto l’impero bizantino furono costruiti tanti orologi monumentali, ma purtroppo non ce ne sono rimaste tracce. Tutto questo lo sappiamo perché alcuni personaggi  li hanno  descritti nei loro diari di viaggio o nelle loro opere. Lo storico Procopio di Cesarea descrisse nel 500 l’orologio idraulico di Gaza, di cui non conosciamo il costruttore.

In alto c’è una figura di gorgone che ogni ora muoveva gli occhi. Sotto c’erano 12 porte. Di notte appariva una luce in una delle finestre della fila b. Di giorno la statua di Elio si spostava davanti a una finestra della fila c, e dalla finestra usciva una statua di Ercole con il simbolo di una delle 12 fatiche. Contemporaneamente l’aquila della fila d apriva le ali e lasciava una corona d’alloro. In basso c’erano tre statue di Ercole. Quella centrale suonava l’ora e la statua di Pan sopra drizzava le orecchie, mentre i satiri ai lati facevano le smorfie. I due schiavi dietro arrivavano e portavano acqua e cibo.

Gli orologi ad acqua, non li troviamo solo in oriente, ma anche in Italia, per esempio nel Palazzo dei Normanni a Palermo, fatto costruire da Ruggero II nel 1131. L’inconveniente degli orologi ad acqua era che, quando faceva freddo, non funzionavano, perché l’acqua si ghiacciava.

La moda di costruire automi arrivò anche agli Arabi che avevano grandi conoscenze di meccanica ed idraulica. Sembra che a Carlo Magno fosse stato donato un orologio dal califfo al-Rachid. L’orologio buttava in un bacile delle biglie di bronzo: tante erano le ore e tante erano le biglie. Contemporaneamente si affacciavano i cavalieri alle finestre.

Risale al Medioevo il primo automa con sembianze umane, antropomorfo. Si dice che Alberto Magno costruì un uomo di ferro che poteva muoversi e andava ad aprire le porte ai suoi ospiti. Questo androide fu distrutto da Tommaso d’Aquino, allievo di Alberto Magno, perché riteneva che fosse un’opera del diavolo.

Nel  XIII secolo troviamo in Francia Villard de Honnecourt che costruì oltre mille automi a forma di animale. E’ tipico infatti del Medioevo trovare automi a forma di animale, oppure trovare un nuovo genere di automi: i sufflatores (statue che sfruttavano il principio dell’eolipila). Erano teste, che venivano tenute vicino al fuoco per tenere viva la fiamma. Avevano un foro (al posto della bocca) e se riscaldate emettevano un sibilo. Purtroppo alcune di queste teste furono sequestrate dall’Inquisizione,  perché ritenute  espressioni del maligno. Nel Medioevo ciò che non si conosceva e non si  capiva, veniva spiegato con la magia e tacciato quindi di essere un’opera impura, un’opera del diavolo,  e veniva messa al bando.

Il Medioevo ci porta però la scoperta dell’orologio meccanico, che rivoluziona la vita dell’uomo. L’orologio meccanico fa si che l’uomo non sia più costretto ad adoperare l’acqua o altre sostanze per tenere il conto del trascorrere del tempo.  Insieme agli orologi meccanici troviamo altri automi: i battitori. Erano figure simili agli uomini che battevano sulle campane per scandire il passare del tempo. Ne troviamo esempi a Venezia in Piazza S. Marco e sul duomo di Orvieto.

Col meccanismo dell’orologio meccanico, applicato agli automi, riuscirono a far muore autonomamente le macchine antropomorfe  come se fossero stati veri  esseri viventi. A Salisburgo, nel palazzo di Hellbrun, troviamo un esempio unico di realizzazione di automi. Qui riprodussero una vera e propria  città in miniatura, con palazzi, e 200 figure che si muovevano autonomamente grazie all’acqua e a meccanismi con ruote ed ingranaggi. All’alba la città in miniatura si svegliava, le persone iniziavano le loro attività (c’erano guardie, barbieri, macellai ecc) e poi  arrivava la notte e tutti tornavano alle proprie abitazioni e la città tornava al silenzio.  

In Italia, nel Rinascimento furono riscoperti i libri di Erone e tanti inventori, primo fra tutti Leonardo da Vinci (1452-1519), si cimentarono ad applicare le scoperte della fisica e della meccanica in nuove macchine. Sappiamo che Leonardo costruì macchine automatiche per le feste organizzate dai suoi mecenati.  Costruì una coppia di leoni per il suo protettore Francesco I re di Francia. Sembra che i leoni si muovessero come i leoni veri e andassero dal re a consegnare un mazzo di gigli. Più informazioni abbiamo sulla corazza semovente che Leonardo descrisse nel Codice Atlantico.                              

                                                                

Nel Codice di Madrid Leonardo cominciò a studiare la molla a spirale, che è una componente fondamentale degli orologi stessi e per mezzo della quale si riesce a ottenere l’energia per far compiere il movimento alle macchine e agli automi, senza dover ricorrere a meccanismi o forze esterne alla macchina stessa.

Anche nel  1700 gli automi ebbero un grande successo. In Francia troviamo Jacques de Vaucanson che si dedicò a realizzare un proprio sogno: costruire un automa, che non solo fosse simile all’uomo, ma che ne imitasse  i movimenti, le funzioni vitali, la respirazione ecc. Voleva replicare il vivente attraverso la meccanica; voleva costruire un androide e per far questo avrebbe voluto usare il caucciù, un materiale che era stato appena scoperto. Era un materiale elastico che avrebbe potuto riprodurre bene i vasi sanguigni per esempio,  ma dovette abbandonare questa idea, perché non riuscì a  procurarselo.

Vaucanson costruì 3 automi: il suonatore di piffero, di tamburo e di flauto traverso, oltre alla famosa anatra.

La novità nel suonatore di flauto è che l’aria esce veramente dalla bocca dell’automa. Dentro all’automa ha posto infatti dei mantici, che generano il soffio dell’aria che poi passa nello strumento musicale, dove le note si producono con i movimenti delle dita delle mani.

La sua grande fama è però collegata all’anatra: animale che realizzò con precisione esatta in ogni particolare. L’automa non solo era esteticamente uguale all’anatra, ma camminava, mangiava e faceva i bisogni come le anatre vere. In realtà c’era un trucco, che non fu scoperto subito: il grano ingerito non veniva digerito e poi espulso. Ciò che veniva espulso era un preparato, che Vaucanson aveva messo precedentemente dentro l’animale, e a tempo debito veniva buttato fuori. Nel 1740 quando era al culmine della sua fama, fu chiamato dal re di Francia a risollevare le sorti dell’industria della seta. E anche in questo campo ebbe grande  successo: applicò i principi della regolazione e della programmazione dei suoi automi  all’industria della seta. Vaucanson  perfezionò i macchinari esistenti ed  inventò nuovi telai. E stato un precursore dell’industria moderna!

Nel 1770 in Svizzera c’era una famiglia di orologiai, i Droz,  che crearono 3 automi famosissimi: lo scrivano, il disegnatore e la pianista.

           

Il disegnatore è seduto ad una scrivania, intinge la penna nell’inchiostro e disegna. La suonatrice di organo suona 5 melodie. Questi automi riescono a muovere gli occhi e a simulare la respirazione umana. Questi tre automi sono al museo di Neuchatel  e una volta al mese possono ancora esser visti in funzione.

Alla fine del  ‘700 troviamo un altro automa sui generis,  Il giocatore di scacchi, creato dal Barone von Kempelen. Rappresentava un Turco che giocava a scacchi. Poteva giocare a scacchi con un avversario umano. Ecco la meraviglia e la novità: questo automa sapeva pensare, altrimenti non avrebbe potuto giocare e addirittura battere gli avversari. In realtà c’era sotto un trucco, che non fu scoperto subito. Il Barone ebbe così grande successo e girò per l’Europa a far conoscere questa sua opera. Il Barone cercò di modificare l’automa e creargli la voce: l’unica cosa che fino ad ora nessuno aveva mai riprodotto. E ce la fece. L’automa  riusciva anche a dire qualche parola. Per 84 anni il Turco ingannò  tante persone: poi invece si scoprì che sotto la macchina si nascondeva un bravo giocatore di scacchi. Ecco la beffa!

Nel 1800 tre impresari assistettero ad una partita del Turco, a Londra. Rimasero talmente impressionati che cominciarono a pensare  come applicare la meccanica degli automi ai telai a navetta che si trovano nelle fabbriche inglesi. Il movimento del braccio del Turco è simile al movimento che compie un tessitore! E così pensarono  bene di  applicare quel  meccanismo al telaio. Il telaio meccanico lavorava su dei cartoncini forati dove entravano gli uncini per fare le decorazioni. Su questi cartoncini troviamo  l’alternanza di pieno e vuoto, che poi si ritrova  anche sui cartoncini che facevano funzionare il progenitore del nostro computer!

E’ interessante pensare che da un automa, e quindi da un gioco, uno svago,  creato  per intrattenere il pubblico, venga l’idea di applicare il suo meccanismo  ad una macchina per averne una utilità pratica in ambito lavorativo. Al contrario non si capisce perché si è dovuto aspettare la rivoluzione industriale per applicare alle macchine quella scoperta che già Erone aveva fatto: cioè che il calore genera il movimento!

Bisogna aspettare la prima guerra mondiale perché  l’automa abbandoni la funzione di svago e diventi un ausilio per l’uomo nelle attività più pesanti. Nell’industria americana Henry Ford cominciò a costruire le automobili in serie grazie alle catene di montaggio: gli operai stavano in posizioni fisse e eseguivano gli stessi movimenti. Da lì nacque l’idea di poter creare una macchina che potesse replicare i movimenti sempre uguali degli operai: nacquero i bracci meccanici.

Nella metà degli anni 50 nacquero i computer e  poi si cominciò a studiare la programmazione e la robotica applicata agli automi. Sono nate le fabbriche robotizzate, dove c’è comunque sempre bisogno dell’uomo, anche se in misura ridotta. L’uomo deve spesso solo sorvegliare che le macchine funzionino e non si blocchino, altrimenti il processo produttivo si interrompe. I robot e gli automi  nelle fabbriche compiono i lavori che un tempo faceva l’uomo: tagliano, saldano, verniciano, mettono bulloni ecc.

Oggi i robot entrano anche in sala operatoria e diventano il prolungamento della mano del chirurgo che opera, addirittura stando fisicamente in un altro luogo. I robot ci aiutano in cucina per macinare il caffè, fare frullati, preparare dolci, dare l’aspirapolvere ecc.

In futuro avremo robot  in casa per aiutare gli anziani. Il robot sa camminare, parlare e afferrare gli oggetti.  Il robot può ricordare all’anziano che deve prendere le medicine; può aiutarlo ad alzarsi e cercare oggetti per lui.

Robotica e medicina hanno permesso di costruire arti artificiali sempre più precisi e verosimili. E chissà quali altre belle e utili applicazioni vedremo tra qualche anno! Di sicuro possiamo dire già oggi che con i moderni robot si è realizzato  il grande desiderio dell’uomo di dare la vita ad artefatti (più o meno antropomorfi),  a cui poter far svolgere i compiti più pesanti o pericolosi (basti pensare  … al robot che trova e disinnesca  le bombe)!

Cosimo Vincelles

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