一提到莱昂纳多·达芬奇的名字,我们首先想到的是《蒙娜丽莎的微笑》、《最后的晚餐》等经典的艺术作品。但是随着近些年来,达芬奇的一些手稿、笔记等资料的发现,人们才了解到,原来他也是一名不折不扣的科学家,医学、建筑学、物理学、军事等方面他都有所涉及。
最让人意想不到的是,达芬奇还是一名的伟大发明家,如果你看过了纪录片《认识达芬奇》,就会为他的发明感到震惊。隐藏战车、机器人,甚至还有飞机,都出现在他的设计图纸之上,这让我们不得不佩服达芬奇那超越时代的奇思妙想。
杰出的军事工程师
1452年,达芬奇出生在一个叫芬奇的乡村小镇,距离意大利佛罗伦萨35公里。在这里他培养出了对大自然的浓厚兴趣,但私生子身份却剥夺了达芬奇接受教育的权利。在他整个生涯中,达芬奇的成功靠的是机智、天赋和当时最富有、最有权势也最危险的人的资助。
1482年,他离开家乡佛罗伦萨,来到北意大利的米兰城寻找机会。米兰在当时是意大利诸城邦中的政治和军事要塞,他在那里效力于卢多维科公爵,担任军事工程师的职务。虽然他并没接受过专业的训练,但他比同辈都更理解武器对于战争的意义,因此设计出了一些极具超前意识的武器:
①巨型十字弓
巨型十字弓大约24米宽,由数层薄木板做成。很多人都误以为中间竖杆上的黑线是巨大的箭,事实上那些线是一个蜗杆机制,用来武装十字弓,而双弓弦末端的小袋才是真正的投射物。机制内的一个滑轮组向前移动钩住弓弦,发射武器时,需要士兵用大木锤把滑轮组砸下去,或者用橇棍放开弓弦。
②排管枪
15世纪时的欧洲,火药才刚刚开始使用,作战武器的枪支,存在着装弹时间太长的缺陷。达芬奇想出了排管枪的设计,枪手能在重新装弹前,进行齐射。他提出把33个小口径枪管以11个每排排成三排,全部三排枪管装在一个可旋转的框架上。第一排弹药发射后,枪手可以很容易地准备第二、三排继续发射,与此同时,发射后的枪管可以重新装弹或冷却。
③莱昂纳多坦克
在达芬奇构思的所有武器中,最能改变战场形势的是他的隐藏战车。攻击防守森严的要塞时,攻击方注定要有很多伤亡。为此,达芬奇设计了一种隐藏起来,像坦克一样在内部驱动,并能抵抗多数防守方武器的战车,我们把它叫做“莱昂纳多坦克”。
“莱昂纳多坦克”的外部有金属板加固,斜面能偏离敌人的火力。坦克车壁上的小口让里面的人进行反击。炮塔部分也有类似的小口,让坦克指挥官全面把握战场情况,指挥坦克前进。坦克的动力由后部的八个人提供,他们操作一系列摇把推动车轮。
机器人的奇妙构想
很少人知道在500年前,莱昂纳多·达芬奇已经是机器人装置的先驱,他绘制的一张复杂的设计图,直到20世纪末仍让学者困惑不解。设计图画的是一个自行驱动的小车,可以编程而且能独立地向几个不同方向行驶,类似钟表的机械构造,控制弹簧释放的能量,保证机器人小车能在房间里独立平稳地行驶。
上世纪20年代时,这个设计受到历史学家的关注,他们认为这些弹簧是推动小车的东西。直到后来,学者卡洛·佩德瑞提首先提出大齿齿轮头挡住了更多的设计,后面隐藏着一对卷盘簧,那才是机器人小车的真正动力来源。以前被视为动力源的可见弹簧装置,其实是转向机制。
这是15世纪难以置信的设计,一如我们赞叹今天的机器人装置一样。最重要的是,它证明了机器人技术的根基比我们以为得要深,可编程的概念、计算机的概念以及计算机控制机器人的概念,比我们认为的要早了几百年。
现代航空业先驱
飞行一直是达芬奇的一个梦想,为此他不断尝试,设计了一系列杰出的飞行器。很多人把他视为现代航空的开创者,并不是没有道理的,因为他是历史上首先把工程学法则,应用于飞行器设计的人。
30多岁时,达芬奇开始详细地描绘鸟类,寻找对它们翅膀动力学的解释。经过一段时间,他发现鸟类翅膀的动力学模式,与他的其他兴趣有关联,尤其是力学。“鸟的飞行是根据数学法则运行的规律。”他在笔记中写道,“那些法则让人类有能力复制它们的所有动作”。
达芬奇的一系列探索,都融合在扑翼飞机的设计中,一部像鸟一样拍打机翼的飞行器。就几幅设计图来看,这个复合设计有一个双翼形飞船组成,由人力驱动。翼展超过10米。每个机翼的框架用松木做成,再覆盖上生丝和拉平的塔夫绸,做成一层轻质但坚固的膜。机翼能在向下时转动,向上时再转回去。至于动力,则由飞行员交换双腿踩动后踏板提供。虽然按照这个设计,达芬奇制造了一部分,但最终并没有完成。
在1991年,詹姆斯·德·劳里埃教授和他的学生,试飞了有史以来第一架遥控引擎动力扑翼飞机。如今,这架飞机存放在多伦多航天博物馆里,虽然它的设计和达芬奇的不同,但灵感是一样的,他证明了有人驾驶的扑翼飞机是可以飞上天空的。
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