Двигается как утка, выглядит как утка, но не утка

Февраль 1738 года, Париж. На ярмарке Сен-Жермен стоит небольшая золочёная утка из меди. Она поворачивает шею, пьёт воду, ест зёрна, чистит себе перья клювом, хлопает крыльями, а потом испражняется.

Публика в оцепенении.

Билет стоил три ливра (примерно недельная зарплата парижского рабочего), зал набит битком. Одни были убеждены, что внутри спрятана живая птица. Другие допускали, что француз Жак де Вокансон и правда воспроизвёл работу пищеварительной системы механически.

Утка была великолепной.

Но немножечко привирала.

Что внутри

Внутри птицы было более тысячи движущихся частей. Механизмы оказались настолько габаритными, что их пришлось спрятать в постамент под уткой. В одном крыле более 400 шарнирных элементов. Пищеварительная система собрана с использованием резины — передового материала для 1738 года.

Сам Вокансон раздавал посетителям буклеты с описанием принципов работы. Проглоченное зерно поступало в «химическую лабораторию» желудка, где происходило «растворение, а не перетирание», после чего содержимое двигалось «по трубкам, как у животного, через кишечник, к анусу, где находится сфинктер».

Но никакого переваривания внутри утки не было.

Зерно принималось через один механизм, а «экскременты» (заранее заготовленные гранулы нужного вида) выдавались из отдельного скрытого резервуара. Это две независимые системы, никак не связанные между собой.

Разоблачение случилось уже после смерти Вокансона (он умер в 1782 году). Фридрих Кристоф Николаи, член Берлинской академии наук, видевший утку во время её европейского турне, сообщил об обмане.

Позже, в 1844 году, сломанную утку привезли на выставку в Пале-Рояль и показали иллюзионисту Жану-Эжену Роберу-Удену (тому самому, чьё имя взял Гудини). Он разобрал механизм и подтвердил, что в утке нет никакого пищеварения, только ловкая подмена.

Но вместе с тем, как человек, разбирающийся в технических иллюзиях, он был под впечатлением от механики.

И здесь возникает вопрос: если переваривания не было, то зачем все эти сложности: тысяча деталей, сотни шарниров, резиновые трубки, сфинктер?

Кондовый биомех

Чтобы понять утку, нужно мыслить как утка начать с флейтиста, которого Вокансон показал публике за год до утки.

Флейтист — двухметровый андроид, стоявший на постаменте ещё в полтора метра высотой. Деревянный, выкрашенный в белый цвет под античный мрамор. Он, что характерно, играл на флейте. Не воспроизводил мелодии через музыкальный механизм, а именно играл, причём в репертуаре было 12 мелодий.

Дыхательная система — это девять кузнечных мехов, разбитых на три группы по три. Каждая группа давала своё давление воздуха, что позволяло менять динамику игры от piano до forte. Три трубки соединялись в одну, проходили через «грудную клетку» вверх по «горлу» и расширялись в «ротовую полость».

Губы могли принимать четыре различных положения — менять угол, давление, форму амбушюра. Внутри рта работал металлический язык, регулирующий поток воздуха и задающий паузы. Пальцы — семь рычагов с кожаной обтяжкой. Сначала они были деревянными, но Вокансон понял, что металлическая флейта требует нежности, и выдал андроиду перчатки.

Каждая степень свободы требовала отдельного механизма; каждый механизм требовал синхронизации с остальными; любой рассинхрон давал неправильный звук, который образованная парижская публика сразу слышала.

Чертежи деталей Вокансон передавал разным цеховым мастерам и часовщикам, потом собирал, как конструктор. Система распределённого производства за два с лишним века до того, как это стало нормой в промышленности. Через пару лет он прокачал концепцию и сделал андроида, который умел играть на флажолете и барабане. Репертуар: 20 мелодий. Совместить управление двумя независимыми инструментами в одном механическом теле — задача посложнее, чем что-то одно.

Но Вокансону к тому моменту было уже не привыкать.

Кто вообще такой Вокансон

Жак Вокансон родился в 1709 году в Гренобле, десятый ребёнок в семье перчаточника. После смерти отца в семь лет попал в иезуитский монастырь, где учился плохо. Когда настоятель открыл его личный ящик, обнаружил там шестерёнки, винтики, шпунтики, инструменты и недостроенный корпус лодочной модели.

В общем, уже всё с ним было понятно.

Позже был орден минимов в Лионе, попытка религиозного пути, провал этой попытки, побег в Гренобль, убеждение епископа исключить его из ордена. Затем Париж, уроки анатомии в Королевском ботаническом саду, знакомство с хирургом Клодом-Николя Ле Катом. Это знакомство многое определило: Ле Кат рассказывал о строении человеческого тела, Вокансон пытался понять, как это воспроизвести механически.

Кстати, контекст эпохи важен.

XVIII век — Просвещение. Рене Декарт писал, что тело человека — это машина (просто с душой в качестве операционной системы). Жюльен Ламетри написал «Человека-машину» (за что его, правда, выгнали из Франции). То есть вопрос «можно ли воспроизвести живое механически?» был вполне прикладным.

Инженерная методология

Разоблачение пищеварительного перформанса поставило историков в неловкое положение: как квалифицировать Вокансона?

Прощелыга? Шоумен?

Вокансон намеренно создавал систему, открытую для проверки, чтобы публика могла видеть механизм в работе. Для обмана хватило бы резервуара с гранулами и механизмом выброса, не обязательно было городить сложную конструкцию. Вокансон преувеличил возможности пищеварительной части, но при этом механика движений была точной. Граница между научной демонстрацией и шоу в XVIII веке была иной: демонстрации должны были развлекать богатых и влиятельных, чтобы получать финансирование.

Короче, утка была инженерным исследованием биомеханики птицы под прикрытием коммерческого аттракциона.

В 1741 году Вокансон пришёл на заседание Лионской академии и предложил создать «движущуюся анатомию» — «влажную машину», в которой по анатомически точному человекоподобному механизму циркулируют жидкости, воспроизводя «функции животного организма: кровообращение, дыхание, пищеварение, взаимодействие мышц, сухожилий, нервов». Впрочем, машину так и не построили, чертежей не сохранилось (а возможно, их и не было).

До и после утки

Вокансон, разумеется, работал не в вакууме. История механических существ тянется задолго до него.

В 350 году до нашей эры греческий математик Архит Тарентский построил механического деревянного голубя. Он летал, предположительно, за счёт сжатого воздуха или пара. Доказательств не сохранилось, есть только легенда и авторитет Архита как учёного.

В середине XV века Региомонтан (Иоганн Мюллер), астроном и математик, якобы построил механического орла, который во время торжественной встречи императора вылетел навстречу, поклонился и сопровождал его. Опять же: очевидцы есть, механизм не сохранился.

Леонардо да Винчи в начале 1500-х годов получил заказ на автоматон для короля Франциска I. Это был механический лев, который мог передвигаться. В нужный момент грудь раскрывалась и обнажала геральдическую лилию — символ французской монархии. Оригинал не сохранился, но в 2009 году по чертежам воссоздали рабочую версию.

После Вокансона (и отчасти под его влиянием) появилось трио Пьера Жаке-Дро. В 1774 году швейцарский часовщик и его сыновья показали писателя, художника и музыкантку. Писатель окунал перо в чернильницу, стряхивал лишние чернила и выводил каллиграфическим почерком заранее заданный текст. Художник рисовал несколько изображений и периодически сдувал пыль с листа. Музыкантка (состоящая из 5000 элементов, на создание которой ушло почти десять лет) нажимала клавиши клавикорда и кланялась после каждой песни. Все трое до сих пор работают и находятся в Музее истории и искусства в Невшателе.

В середине XIX века немецкий изобретатель Джозеф Фабер создал Euphonia — говорящую машину. Фабер изучал анатомию человеческой речи и пытался воспроизвести её через сильфоны, педали, акустические камеры, искусственную голосовую щель. Оператор управлял 16 клавишами, соответствующими согласным и гласным. Euphonia выглядела жутковато и не стала коммерчески успешной.

В 1860-х Цадок Дедерик и Айзек Грасс построили парового человека (вот тут мы про него писали), которого можно было запрячь в тележку.

В 1939 году компания Westinghouse представила на Всемирной выставке в Нью-Йорке робота Электро (про него мы тоже писали). Он ходил, шевелил руками, курил (осуждаем!), считал на пальцах, надувал шарики, воспитывал робособаку Спарко. С наступлением Второй мировой войны о нём забыли, потом вспомнили и позвали сняться в эпизодической роли в фильме категории Б.

Что из всего этого выросло

Утка Вокансона исчезла примерно так же таинственно, как и появилась. После европейского турне она осела в доме немецкого врача в Хельмштедте, потом сменила ещё несколько владельцев. В 1844 году утку привезли в Париж, крыло вышло из строя, Робер-Уден разобрал механизм и выяснил про обман. Дальнейший след туманный: утку якобы видели в Краковском музее в 1879 году. Потом музей сгорел. В 1998 году была создана точная копия для музея автоматов в Гренобле, в 2013-м её купил частный коллекционер.

Инженерная идея прошла другим маршрутом. Вокансон показал, что сложное биологическое движение можно декомпозировать на конечный набор механических функций и воспроизвести каждую отдельно.

Собственно, этот принцип и перекочевал из утки в современную робототехнику.