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.

The first known use of a crankshaft in a chain pump was in one of al-Jazari's saqiya machines. The concept of minimizing intermittent working is also first implied in one of al-Jazari's saqiya chain pumps, which was for the purpose of maximising the efficiency of the saqiya chain pump. Al-Jazari also constructed a water-raising saqiya chain pump which was run by hydropower rather than manual labour, though the Chinese were also using hydropower for chain pumps prior to him. Saqiya machines like the ones he described have been supplying water in Damascus since the 13th century up until modern times,^[36] and were in everyday use throughout the medieval Islamic world.^[37] Interestingly, the depiction of the chain in al-Jazari's pump appears to be in the form of a Möbius strip, from long before the Möbius strip was first identified as an object of study in mathematics.^[38]

Al-Jazari described suction pipes, suction pump, double-action pump, and made early uses of valves and a crankshaft-connecting rod mechanism, when he developed a twin-cylinderreciprocatingpiston suction pump. This pump is driven by a water wheel, which drives, through a system of gears, an oscillating slot-rod to which the rods of two pistons are attached. The pistons work in horizontally opposed cylinders, each provided with valve-operated suction and delivery pipes. The delivery pipes are joined above the centre of the machine to form a single outlet into the irrigation system. This water-raising machine had a direct significance for the development of modern engineering. This pump is remarkable for three reasons:^{[9][39][40][41]}

• The first known use of a true suction pipe (which sucks fluids into a partial vacuum) in a pump.
• The first application of the double-acting principle.
• The conversion of rotary to reciprocating motion via the crank-connecting rod mechanism.

Al-Jazari's suction piston pump could lift 13.6 metres of water, with the help of delivery pipes. It was not, however, any more efficient than the noria commonly used by the Muslim world at the time.^[42]

Al-Jazari cited the Byzantine siphon used for discharging Greek fire as an inspiration for his pump.^[43] According to Donald Hill, al-Jazari's pump can be considered "a direct ancestor of the steam engine combination".^[44] According to Joseph Needham, al-Jazari's slot-rod force pump is one of "the two machines of the Middle Ages which lie most directly in the line of ancestry of the steam-engine and the locomotive" along with Wang Zhen's blowing engine a century later.^[45]

Al-Jazari described single-bucket and four-bucket water lifting machines. The single-bucket version employs differentials, semi-circular gear units, bucket elevators, and gearboxes, while the four-bucket version adds a mechanical timer.

Al-Jazari developed the earliest water supply system to be driven by gears and hydropower, which was built in 13th century Damascus to supply water to its mosques and Bimaristan hospitals. The system had water from a lake turn a scoop-wheel and a system of gears which transported jars of water up to a water channel that led to mosques and hospitals in the city.^[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 created a musical automaton, which was a boat with four automatic musicians that floated on a lake to entertain guests at royal drinking parties. Professor Noel Sharkey has argued that it is quite likely that it was an early programmable automata and has produced a possible reconstruction of the mechanism; it has a programmable drum machine with pegs (cams) that bump into little levers that operated the percussion. The drummer could be made to play different rhythms and different drum patterns if the pegs were moved around.^[56]

The water-clock of the drummers, which differs from the Musical robot band in that it lacks a flute-playing doll and instead has two trumpeters, consists of seven wood-jointed male figures, including the aforementioned trumpeters as well as two dolls playing cymbals and the rest playing other percussive instruments.^[57] The mechanism in this specific automaton serves as a clock by producing a musical output once every hour, illustrating Al-Jazari's ability to create multi-faceted automata that functioned on a practical and entertainment level. The motion of the automaton is initiated at daybreak by another male doll, who stands at the edge of the frieze element of the design, moving across until he reaches a specific point at which a carved falcon leans forward dropping a ball from its beak onto a cymbal.^[58] All mechanical aspects of the automaton are then driven by water and a series of pistons and cables. Each hour water drains out of the main cistern to cause another bucket to tip over driving a water wheel that is connected to the musicians. The automaton is described to 'perform a with a clamorous sound which is heard from afar' and could play several different tunes.^[59] Like many other automatons by Al-Jazari, this was created to entertain guests at the royal palace.

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.