Ismail al-Jazari

Un árbol de levas , un eje al que se fijan levas , fue descrito en 1206 por al-Jazari, quien los empleó en sus autómatas , ^{[ 23 ]} relojes de agua (como el reloj de velas ) ^{[ 24 ]} y máquinas para elevar agua. ^{[ 23 ]}

El mango montado excéntricamente de la piedra de molino rotatoria en la España del siglo V a. C. que se extendió por todo el Imperio Romano constituye una manivela . ^{[ 25 ]} La evidencia más antigua de un mecanismo de manivela y biela data del siglo III d. C. en el aserradero de Hierápolis en el Imperio Romano . ^{[ 25 ]} La manivela también aparece a mediados del siglo IX en varios de los dispositivos hidráulicos descritos por los hermanos Banū Mūsā en su Libro de Dispositivos Ingeniosos . ^{[ 26 ]}

En 1206, al-Jazari inventó un cigüeñal primitivo , ^{[ 27 ] [ 28 ]} que incorporó con un mecanismo de biela-manivela en su bomba de dos cilindros . ^{[ 29 ]} Al igual que el cigüeñal moderno, el mecanismo de al-Jazari consistía en una rueda que ponía en movimiento varios pasadores de manivela , con el movimiento de la rueda siendo circular y los pasadores moviéndose hacia adelante y hacia atrás en línea recta. ^{[ 27 ]} El cigüeñal descrito por al-Jazari ^{[ 27 ] [ 28 ]} transforma el movimiento rotatorio continuo en un movimiento recíproco lineal , ^{[ 29 ]} y es fundamental para la maquinaria moderna como la máquina de vapor , el motor de combustión interna y los controles automáticos . ^{[ 28 ] [ 30 ]}

Utilizó el cigüeñal con una biela en dos de sus máquinas de elevación de agua: la bomba de cadena saqiya accionada por manivela y la bomba de succión de pistón alternativo de doble acción . ^{[ 29 ] [ 31 ]} Su bomba de agua también empleó el primer mecanismo conocido de manivela-corredera . ^{[ 8 ]}

El historiador de la tecnología británico Donald Hill escribe:

En la obra de al-Jazari vemos por primera vez varios conceptos importantes tanto para el diseño como para la construcción: la laminación de la madera para minimizar la deformación, el equilibrado estático de las ruedas, el uso de plantillas de madera (una especie de patrón), el uso de modelos de papel para establecer diseños, la calibración de los orificios , el rectificado de los asientos y tapones de las válvulas junto con polvo de esmeril para obtener un ajuste hermético, y la fundición de metales en moldes cerrados con arena . ^{[ 9 ]}

Al-Jazari inventó un método para controlar la velocidad de rotación de una rueda utilizando un mecanismo de escape . ^{[ 32 ]}

Según Donald Hill , al-Jazari describió varios controles mecánicos primitivos , entre ellos "una gran puerta de metal, una cerradura de combinación y una cerradura con cuatro cerrojos ". ^{[ 9 ]}

Un engranaje segmentado es "una pieza para recibir o comunicar movimiento alternativo desde o hacia una rueda dentada, que consiste en un sector de un engranaje circular o anillo, que tiene dientes en la periferia o cara". ^{[ 33 ]} Lynn Townsend White escribió: ^{[ 34 ]}

Los estudiosos occidentales creían que las válvulas cónicas aparecieron por primera vez en los dibujos de Leonardo, pero las ilustraciones de al-Jazarl las muestran. De manera similar, los engranajes segmentados aparecen claramente por primera vez en al-Jazarl; en Occidente surgen en el reloj astronómico de Giovanni de' Dondi , terminado en 1364; y con el gran ingeniero sienés Francesco di Giorgio (fallecido en 1501) se incorporaron al vocabulario general del diseño de maquinaria europeo.

El primer uso conocido de un cigüeñal en una bomba de cadena se encuentra en una de las máquinas saqiya de al-Jazari . El concepto de minimizar el funcionamiento intermitente también se insinúa por primera vez en una de las bombas de cadena saqiya de al-Jazari , con el fin de maximizar la eficiencia de la bomba. Al-Jazari también construyó una bomba de cadena saqiya para elevar agua que funcionaba con energía hidráulica en lugar de mano de obra , aunque los chinos ya utilizaban energía hidráulica para bombas de cadena con anterioridad. Las máquinas saqiya como las que describió han suministrado agua en Damasco desde el siglo XIII hasta la actualidad, ^{[ 36 ]} y se utilizaban a diario en todo el mundo islámico medieval. ^{[ 37 ]} Curiosamente, la representación de la cadena en la bomba de al-Jazari parece tener la forma de una cinta de Möbius , mucho antes de que la cinta de Möbius se identificara por primera vez como objeto de estudio en matemáticas. ^{[ 38 ]}

Al-Jazari describió tuberías de succión , bomba de succión , bomba de doble acción , e hizo usos tempranos de válvulas y un mecanismo de biela - cigüeñal , cuando desarrolló una bomba de succión de pistón alternativo de doble cilindro . Esta bomba es accionada por una rueda hidráulica, que impulsa, a través de un sistema de engranajes, una varilla ranurada oscilante a la que están unidos los vástagos de dos pistones. Los pistones trabajan en cilindros opuestos horizontalmente, cada uno provisto de tuberías de succión y descarga operadas por válvulas. Las tuberías de descarga se unen por encima del centro de la máquina para formar una única salida al sistema de riego. Esta máquina de elevación de agua tuvo una importancia directa para el desarrollo de la ingeniería moderna. Esta bomba es notable por tres razones: ^{[ 9 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

• El primer uso conocido de un tubo de succión real (que aspira fluidos hacia un vacío parcial ) en una bomba.
• La primera aplicación del principio de doble acción.
• La conversión del movimiento rotatorio en movimiento alternativo mediante el mecanismo de biela-manivela.

La bomba de pistón de succión de Al-Jazari podía elevar 13,6 metros de agua con la ayuda de tuberías de impulsión. Sin embargo, no era más eficiente que la noria, comúnmente utilizada en el mundo musulmán de la época. ^{[ 42 ]}

Al-Jazari citó el sifón bizantino utilizado para descargar el fuego griego como inspiración para su bomba. ^{[ 43 ]} Según Donald Hill , la bomba de al-Jazari puede considerarse "un antecesor directo de la combinación de máquina de vapor ". ^{[ 44 ]} Según Joseph Needham , la bomba de fuerza de varilla ranurada de al-Jazari es una de "las dos máquinas de la Edad Media que se encuentran más directamente en la línea de ascendencia de la máquina de vapor y la locomotora ", junto con la máquina de soplado de Wang Zhen un siglo después. ^{[ 45 ]}

Al-Jazari describió las máquinas de elevación de agua de uno y cuatro cangilones. La versión de un solo cangilón emplea diferenciales , unidades de engranajes semicirculares , elevadores de cangilones y cajas de engranajes , mientras que la versión de cuatro cangilones añade un temporizador mecánico .

Al-Jazari desarrolló el primer sistema de abastecimiento de agua impulsado por engranajes y energía hidroeléctrica , construido en Damasco en el siglo XIII para abastecer de agua a sus mezquitas y hospitales de Bimaristan . El sistema utilizaba agua de un lago para hacer girar una rueda dentada y un sistema de engranajes que transportaban cántaros de agua hasta un canal que conducía a las mezquitas y hospitales de la ciudad. ^{[ 46 ]}

Uno de los autómatas humanoides de al-Jazari era una camarera que podía servir agua, té o bebidas. La bebida se almacenaba en un tanque con un depósito desde donde goteaba a un cubo y, después de siete minutos, a una taza, tras lo cual la camarera aparecía por una puerta automática sirviendo la bebida. ^{[ 51 ]}

Al-Jazari inventó un autómata para lavarse las manos que incorporaba un mecanismo de descarga similar al que se usa actualmente en los inodoros modernos . Este dispositivo es otro ejemplo de autómata humanoide . Consistía en una figura humana, hecha de cobre articulado, que sostenía en su mano derecha una jarra con forma de pavo real. La jarra era de latón y contenía en su interior una cámara dividida en dos partes por una placa metálica. Este mecanismo facilitaba el vertido del agua por el pico, de forma suave y sin salpicaduras. El depósito de agua se encontraba en el lado derecho de la figura. Un eje estaba acoplado al codo derecho de la figura para permitir que el líquido se vertiera desde el depósito a través del pico de la jarra. El brazo izquierdo de la figura tenía un peso fijo que lo elevaba y descendía, sosteniendo una toalla, un peine y un espejo.

Este autómata fue diseñado para ayudar al rey durante sus abluciones rituales . Un sirviente del rey llevaba la figura y la colocaba junto a una palangana con capacidad para líquido. A continuación, el sirviente giraba una perilla en la parte posterior de la figura, lo que abría una válvula y hacía que el agua se vertiera desde la mano derecha de la figura hacia la palangana. Cuando el depósito estaba casi vacío y se había vertido la mayor parte del agua, se activaba un mecanismo y la mano izquierda de la figura, que sostenía la toalla, el peine y el espejo, se extendía hacia el rey para que pudiera secarse y arreglarse la barba. ^{[ 52 ]}

El agua y su uso revisten especial importancia en el Islam , tanto por ser parte integral de los rituales de purificación previos a la oración (wudu y ghusl ) como por su papel fundamental en los jardines islámicos: cuatro fuentes en el Jardín del Paraíso , el lugar de descanso final islámico mencionado en el Corán . Además, dado que Mesopotamia era una región naturalmente árida, las máquinas relacionadas con el agua desempeñaban una función significativa, tanto en un sentido divino como práctico.

Una sección completa de El Libro del Conocimiento de los Ingeniosos Dispositivos Mecánicos estaba dedicada a los mecanismos de las fuentes, titulada: Sobre la construcción en estanques de fuentes que cambian de forma y de máquinas para la flauta perpetua. ^{[ 53 ]}

La "fuente del pavo real" de Al-Jazari era un dispositivo de lavado de manos más sofisticado que contaba con autómatas humanoides como sirvientes que ofrecían jabón y toallas . Mark E. Rosheim lo describe de la siguiente manera: ^{[ 49 ]}

Al tirar del tapón de la cola del pavo real, sale agua del pico; a medida que el agua sucia del recipiente llena la base hueca, un flotador sube y acciona un mecanismo que hace aparecer una figura de sirviente detrás de una puerta bajo el pavo real, quien ofrece jabón. Cuando se usa más agua, un segundo flotador, situado a mayor altura, se activa y hace aparecer una segunda figura de sirviente, ¡con una toalla!

La pila de la "fuente del pavo real" servía para realizar el wudu , y habría sido operada por un sirviente, quien habría tirado del tapón y colocado el pico del pavo real; permitiendo que el mecanismo liberara el agua en la pila frente al usuario. ^{[ 54 ]}

Sin embargo, mientras que los objetos que movían agua, como la fuente del pavo real, tenían un uso ritual, hay indicios de que la hidráulica para mover agua se utilizaba con fines profanos. Ayhan Aytes sugiere que: ^{[ 55 ]}

Muchos de estos dispositivos también tenían funciones adicionales que contradecían la omnipotencia divina. El propósito más profano de varios de sus autómatas hidráulicos y neumáticos era emborrachar a los invitados a las fiestas lo más rápido posible.

La obra de Al-Jazari describía fuentes y autómatas musicales, en los que el flujo de agua se alternaba entre un gran depósito y otro a intervalos de una hora o media hora. Esta operación se lograba mediante su innovador uso de la conmutación hidráulica . ^{[ 9 ]}

Al-Jazari creó un autómata musical, que consistía en un barco con cuatro músicos automáticos que flotaba en un lago para entretener a los invitados en las fiestas reales. El profesor Noel Sharkey ha argumentado que es muy probable que se tratara de un autómata programable primitivo y ha realizado una posible reconstrucción del mecanismo; este cuenta con una caja de ritmos programable con clavijas ( levas ) que chocan con pequeñas palancas que accionan la percusión. El percusionista podía tocar diferentes ritmos y patrones de batería moviendo las clavijas. ^{[ 56 ]}

El reloj de agua de los tamborileros, que difiere de la banda de robots musicales en que carece de una muñeca que toque la flauta y en su lugar tiene dos trompetistas , consta de siete figuras masculinas articuladas en madera, incluyendo los trompetistas mencionados anteriormente, así como dos muñecas que tocan platillos y el resto que tocan otros instrumentos de percusión . ^{[ 57 ]} El mecanismo en este autómata específico funciona como un reloj al producir una salida musical una vez cada hora, lo que ilustra la habilidad de Al-Jazari para crear autómatas multifacéticos que funcionaban a nivel práctico y de entretenimiento. El movimiento del autómata se inicia al amanecer por otra muñeca masculina, que se encuentra en el borde del elemento del friso del diseño, moviéndose hasta llegar a un punto específico en el que un halcón tallado se inclina hacia adelante dejando caer una bola de su pico sobre un platillo. ^{[ 58 ]} Todos los aspectos mecánicos del autómata son impulsados ​​por agua y una serie de pistones y cables. Cada hora, el agua se drena de la cisterna principal , lo que provoca que otro cubo se vuelque e impulse una rueda hidráulica conectada a los músicos. Se describe al autómata como capaz de «interpretar una melodía con un sonido estruendoso que se oye desde lejos» y podía tocar varias melodías diferentes. ^{[ 59 ]} Al igual que muchos otros autómatas de Al-Jazari, este fue creado para entretener a los invitados del palacio real.

Según Donald Hill , al-Jazari construyó los relojes de velas más sofisticados conocidos hasta la fecha. Hill describió uno de los relojes de velas de al-Jazari de la siguiente manera: ^{[ 9 ]}

La vela, cuya velocidad de combustión era conocida, se apoyaba contra la parte inferior del capuchón, y su mecha pasaba a través del orificio. La cera se acumulaba en la hendidura y podía retirarse periódicamente para que no interfiriera con la combustión constante. La base de la vela descansaba en un plato poco profundo con un anillo lateral conectado mediante poleas a un contrapeso. A medida que la vela se consumía, el peso la empujaba hacia arriba a velocidad constante. Los autómatas se operaban desde el plato situado en la base de la vela. No se conocen otros relojes de vela de esta sofisticación.

El reloj de velas de Al-Jazari también incluía una esfera para mostrar la hora y, por primera vez, empleaba un cierre de bayoneta , un mecanismo de sujeción que todavía se utiliza en la actualidad. ^{[ 61 ]}

El reloj de elefante descrito por al-Jazari en 1206 destaca por varias innovaciones. Fue el primer reloj en el que un autómata reaccionaba a intervalos regulares (en este caso, un robot humanoide golpeando el címbalo y un pájaro robótico mecánico emitiendo un canto) y el primer reloj de agua que registraba con precisión el paso de las horas para ajustarse a la duración irregular de los días a lo largo del año. ^{[ 62 ]}

El reloj astronómico más grande de Al-Jazari era el "reloj del castillo", un dispositivo complejo de aproximadamente 3,4 metros de altura que, además de marcar el tiempo, tenía múltiples funciones. Incluía una representación del zodíaco y las órbitas solares y lunares . Una característica innovadora del dispositivo era un puntero con forma de media luna que se desplazaba por la parte superior de un portal, movido por un carro oculto, y que hacía que se abrieran puertas automáticas cada hora , revelando cada una un maniquí . ^{[ 9 ] [ 63 ]} 

Otra característica del dispositivo eran cinco músicos autómatas que tocaban música automáticamente al ser movidos por palancas operadas por un árbol de levas oculto conectado a una rueda hidráulica . ^{[ 24 ]}

Al-Jazari inventó relojes de agua que funcionaban con agua y pesas . Entre ellos se encontraban relojes de engranajes y un reloj portátil accionado por agua , que medía un metro de alto y medio metro de ancho. El escriba con su pluma era sinónimo de la manecilla de las horas de un reloj moderno. ^{[ 35 ] [ 60 ]} El famoso reloj de Al-Jazari, accionado por agua, fue reconstruido con éxito en el Museo de Ciencias de Londres en 1976.