收集达芬奇的发明

我们印象中的达·芬奇是文艺复兴时期一个伟大的艺术家,而本月20日开始的北京科技周,将在自然博物馆告诉你另一个达·芬奇,那就是“科学大师达·芬奇”,他在机械、医学甚至军事等多方面的才能让人叹为观止,他的奇思妙想,他的新奇发明,不仅在当时独具一格,而且在很大程度上直接影响了后世科技的前进方向。

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自动行驶的汽车

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  1、自动行驶的汽车

  达·芬奇对于自动向前开的车有独到的理解,在展览中,他设计的一种自动行驶的汽车特别能体现其异想天开的思想。

  这种自动行驶车在当时其实主要是用于舞台演出,并不需要行驶太长的距离,它的动力来自弹簧产生的压力,就像钟表或一些玩具车上发条,经过一系列的齿轮和杠杆把力传递到轮子上。不过这种自动行驶的车子奇特之处还在于它对速度的控制,这个车子在一个圆盘上设置了很多的方块,让一个与轮子相连的杠杆的一端与这个圆盘相接,当车子运行时,圆盘上的方块数量多,对于杠杆的阻力就会增大,从而影响轮子运转的速度,但是这样行驶的时间及里程也会更长一些。相反,人为地减少圆盘中的方块,对轮子的阻力降低,行驶速度就快,但是因为力量猛,消耗得也快,所以在很短的距离就停止了。

  这种车还有个带绳的手闸,当要刹车时,拉动手闸,转动的齿轮被卡住,车就停下来了。这差不多也可以说是最早的“汽车”了,也许后来的汽车正是从这个发明中得来的灵感而产生的呢?

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仿人机器人

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科技周告诉你另一个达芬奇


  2、仿人机器人

  为了使画作中的人物活灵活现,达·芬奇对于人体解剖有着浓厚的兴趣,他曾经解剖过30多具尸体,这位天才甚至认为,人体本身就是一架最复杂的机器,这也使得他在手稿中画出,甚至可能亲手造出了第一个人形机器人。

  为证明机器与人体间的紧密相似,达·芬奇在1495年,在创作《最后的晚餐》前设计了一款机器人,与现在人们可以设计出的机器不同,大师设想中的机器人完全就是个“骑士”。这是西方文明世界的第一款人形机器人。

  “他”身着15世纪末德意志—意大利式盔甲,内部主要用木头做成,还有部分皮革和金属。“他”模样威武,通过钢索系统进行工作,可以挥舞胳膊,坐站自如,甚至转头和张开下颚。在“他”的胯部有一个圆盘齿轮作为驱动装置,通过两个机械杆的齿轮再与位于胸部的另一个圆盘齿轮咬合,再通过一个传动杆让头部向不同方向转动。

  只要再配备一个自动鼓,“他”甚至还可以发出声音。这可以说是最早期解剖学和人体运动学的研究成果。

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双翼飞行器

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科技周告诉你另一个达芬奇


  3、双翼飞行器

  15世纪70年代,达·芬奇画出了一种由飞行员自己提供动力的飞行器,并称这种飞行器为“扑翼飞机”。它模仿鸟儿、蝙蝠和恐龙时代的翼龙,具有多个膜状翅膀。达·芬奇认为只有扑翼机才能既具备推力,又具备提升力。在展览中,这种飞行器双翼展开共11米宽,大约1.6米的驾驶员仿佛是背着它在飞行,驾驶员在操作时,脚需要不停踩踏一个动力滑轮,双手也要同时摇动手柄帮助提供动力,头则用来控制方向。

  后来,有许多人开始模仿达·芬奇设计制造飞机,然而结果都逃不过失败的命运,理想情况下能上下蹦跳几下,最坏的结果则是摔成碎片。

  其实,达·芬奇早已意识到人类不可能强壮到挥动机翼的地步,因此留下了一段笔记,上面说单凭人力无法实现飞上天空的梦想,因此奉劝后人放弃这种思想。

  当然,随着现代科技的发展,人类已无需靠扇动翅膀来飞行,各种动力的飞行器早已超越了古人的想象,而且不仅飞上了天,还进入了太空,进入了宇宙。这恐怕是达·芬奇打破脑袋也无法想得到的了。

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差动螺旋

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科技周告诉你另一个达芬奇(2)


  4、差动螺旋

  达·芬奇也是个天才的机械物理学家,他的很多机械设计思路,都对现代工业产生了至关重要的影响,就以他研究的差动螺旋来说,他将螺钉的螺纹距离有意识的做得不一样,越往尖的小的地方,螺纹距离越小,反之越大。

  利用这种原理,可以大大增加这种螺钉的穿透力,现在这种技术主要用于压榨机,榨汁机上。我们现在用的红酒开瓶器,也是利用了这个原理。

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独特的钟表设计构想

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科技周告诉你另一个达芬奇(2)


  5、独特的钟表设计构想

  作为一个天才,达·芬奇的一系列奇思妙想让人叹服,比如他对钟表的设计构想。

  在这个构想中,钟表时针的动力源于弹簧,但是弹簧发力有一个规律,压力越大时,它释放的力也越大,释放得也越快,钟摆却需要均速的运动,怎么办呢?

  达·芬奇想了个办法,就是把弹簧的力通过杠杆传递至一个齿轮,这个齿轮再与另一个仿锥形的齿轮咬合,当弹簧力很大时,那个齿轮就与倒着的仿锥形齿轮的上部较大一圈齿相咬合,传递力量,弹簧力量渐小时,就让齿轮与仿锥体的更小直径的齿相咬合,这样就把整个弹簧力均匀地传递了出去,并通过杠杆使钟摆均匀地摆动。

  达·芬奇另一个设计就是用重力代替弹簧,使钟摆运动,首先要将重物吊至一定位置,然后将其重力均匀地传递给钟摆,使其活动保持匀速。这个设想在几个世纪后被用来调节巨大的时钟,影响非常深远。

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纺织物扩张器

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科技周告诉你另一个达芬奇(2)


  6、纺织物扩张器

  达·芬奇所处的时期,人们的科学视野与生活都有着十分密切的关系,比如达·芬奇发明的这种用于支撑开纺织品的一个架子,它可以用来张拉纺织物,使其不至于产生皱褶。

  这个发明能将扩散开的重物从周边拉到中心,也能将其迅速拉开。人只要摇动手柄,通过绳索带动圆形装置中的15个杆,使其聚集在一起,或呈圆形散开,就能实现其对纺织物的张拉作用。

  这个装置也动用了滑轮等装置,可见当时机械设计思路已经有了非常长足的进步,适用的范围也已相当广泛。

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三速提升机

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科技周告诉你另一个达芬奇(3)


  7、三速提升机

  达·芬奇17岁来到佛罗伦萨,当时这座城市正在建很多的教堂,达·芬奇一位老师正是在建的圣玛利亚大教堂的负责人之一,于是达·芬奇也参与到了这个大教堂的建设中。

  根据这个教堂的设计,尖顶上该有一个很大的圆球,但是如何将这样巨大圆球吊到上百米的高空却是个难题,达·芬奇和其他很多工程师们于是参与了设计所谓“三速提升机”,它安装在地面上的坚硬支架上,有三个滑轮样的轮轴,但是粗细并不一致。

  粗的轮轴主要负责特别重的物体的提升,但是速度很慢,而细的则提升较轻的物体,速度很快。据工作人员介绍,之所以要这样设计三个粗细不一的轮轴,主要目的还是为了提高工作效率,根据不同的物体重量可以选择使用不同的滑轮。

  这种提升机的动力要由公牛或其他动物来提供,也可以用水力等,据介绍,这种装置最大能提升达几吨的重物,并安装了安全装置,以防止轮轴沿逆向转动。

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河道淤泥挖掘机

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  8、河道淤泥挖掘机

  意大利被地中海所包围,而且河港遍布,水上航运是非常重要的交通方式,需要经常挖掘河道或港口的淤泥,保持水道畅通无阻。但是人工的挖掘方式费时费力,效率低下,和达·芬奇处于同一时代的一批意大利锡耶纳的工程师们于是在这方面动起了脑筋。

  他们设计制造了一种外形像船的淤泥挖掘机,用于清除浅水港口的沙砾、淤泥和泥土。这个巨大的挖掘机中间是个木制的两个动力齿轮,带动着一个巨大的竖着的圆盘转动,这个竖着的大圆盘的四边,装着四个巨大的挖勺,圆盘转动,大挖勺也转动,挖勺转到地面一侧时,就能将下面的淤泥挖出来,然后转动到圆盘的另一侧呈抛物线抛到旁边的船上,装满了就运走。

  实际上这种发明和中国古代的水车极为相似,也是通过一个大转轮把水装出来,抛到另一个位置。这个挖掘机的大勺子的柄是可以调节长度的,可以根据挖掘淤泥的深浅进行伸缩。

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桨叶船

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科技周告诉你另一个达芬奇(3)


  9、桨叶船

  意大利是个航海之国,在文艺复兴时期,工商业及海运十分繁盛,对于主要交通工具———船就提出很高的要求,迫切需要装载量大而航行速度又快的船只。

  那时的工程师们就适应于这种要求,发明了一种速度很快的桨叶船,在船体的中央有一个巨大的圆形齿轮,不过它是供人踩踏以提供动力的,人们就像做实验的小白鼠一样不停地踩着大圆盘转动,然后通过一系列的齿轮与杠杆,把动力传给安装在船两边的六个巨大圆形轮桨,本来人提供的不太大的力量,经过杠杆与齿轮的放大作用,转变成了桨叶巨大的动力。这样,只需要很少的人,就能让整个船行走如飞了。

 

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凭空幻想十大超前概念

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达芬奇的理想城 
科技时代_达芬奇的另一面:凭空幻想十大超前概念(图)
达芬奇的旋转浮桥

达芬奇的另一面:凭空幻想十大超前概念(图)
达芬奇三管加侬炮

  意大利文艺复兴时期的艺术巨匠、著名科学家达芬奇不仅给世人留下了《蒙娜丽莎》等传世之作,他的很多科学设计和发明也使自然科学发生了重大变化。有时,他会凭空幻想出一些稀奇古怪的概念,而且想问题的方式也与常人不同。以下是达芬奇的十大超前“点子”。

  10.“倒写”

  一般人写字,按照从左往右的顺序,而达芬奇的很多文章是按从右往左写,这就是所谓“倒写”。这难道是达芬奇为了挫败文艺复兴时期盲目跟风者抄袭其笔记而想出的策略,或仅仅是为了避免左手写字不会造成墨迹玷污?无论动机如何,达芬奇本人肯定喜欢“倒写”: 他大部分手稿都是倒写而成。

  因为惯用左手,“倒写”对他来说并非太难。而且左手写字的人,“倒写”不会造成墨迹玷污。当然他可能有意密写,不想让别人窃知他的心意。可是,他的文本读起来并不容易,加上拼写错误和缩写显得更难。他的注解亦未始终遵循逻辑顺序。他工作时使用“倒写”,但与别人的往来信件表明,他的常规书写也很流畅。达芬奇的主要传记作家塞尔基·布兰雷查阅过他遗留下来的全部手稿,认定他双手、双向均能书写。

  9.水下呼吸装置

  达芬奇对大海的痴迷使他提出许多关于水下探索的设计。达芬奇的潜水服由皮革制成,潜水服上连着用芦苇杆制成的通气管。潜水服还有一个潜水者能小便的口袋,达芬奇考虑的真是周到。

  文艺复兴时代,人们开始考虑水下潜泳问题。达芬奇不但是位著名的艺术家.也是位知识渊博的学者和杰出的工程师。他还建议潜水员随身带着锋利的小刀,当潜水员被水下网状物缠上时可派上用场。至今,潜水员还在应用他的许多发明。

  8.旋转浮桥

  达芬奇总是对迅速逃跑“情有独钟”。达芬奇认为自己的旋转浮桥能完美的应用于战争中。轻而坚固的材料在安装到由滑轮和绳子组成的旋转系统上后,士兵爬上去随即就能跑掉。

  在写给卢多维科·莫罗的信中,达·芬奇描述了许多“非常轻但高低不平”的桥,旋转浮桥就在其中。按照达·芬奇的构想,建造这些桥的材料可就地获取,同时易于运输。旋转浮桥具有抛物线般的外形,只有一个跨度,通过一个巨型“垂直栓”就能安全达到两岸。浮桥靠绳索和升降机移动,再辅以轮子和金属滚轴以便于其滑行。此外,浮桥还安装有一个用于平衡和操纵目的的平衡箱,在降到对岸前,一直会悬在空中。

  7.有翼滑翔机

  达芬奇对会飞的机器充满了幻想,其中就包括几个安装有襟翼的滑翔机。这种开放式模型安装有为飞行员准备的椅子和各种装置,但没有安全头盔。

  据估计,达芬奇是在1490年代末期构思出悬挂式滑翔机,但草图其后不知所终,直至1966年才被人在马德里一家博物馆发现。滑翔机设计是用支架承托帆布机翼,只要拉动两端绳子就可控制飞行方向,另设一个可载人的大篮,并配备轮子以供升降。五百年前,达芬奇的直觉已令他预计到和谐式飞机等

超音速喷射机的形状――瘦削的机身和三角形的机翼。”

 

  6.三管大炮

  达芬奇更多是思想家而不是好战者,他虽然厌恶冲突,但这丝毫没有阻止他提出像三管大炮这样威力十足的大炮设计。达芬奇设计的大炮火力猛,重量小,耐用,可能是战场上的致命武器。

  在达芬奇那个年代,大炮多被用于攻城拔寨,一方面是因为大炮过重,另一方面则是因为拆卸大炮需要很长时间。出于这些原因,大炮几乎从来不会在战场上出现,否则会延缓军队的移动速度。达·芬奇对大炮进行了一些改进,提高了命中率和发射炮弹的速度。三管大炮可谓是轻型大炮的古代版本:炮架易于拆卸,有三根从前面装弹的炮管。为了提高命中率,三根炮管可以通过测标装置调节高度。

  5.螺旋桨

  现代科学家认为达芬奇设计的“直升机”可能永远不会起飞,但这一设计仍旧是达芬奇最著名的发明之一。这种飞机器由四个人操纵,在达芬奇时代流行的旋转玩具可能引发了这位大发明家的设计灵感。

  最早直升机的概念可以追溯到前(B.C. 400)中国已有的竹蜻蜓,竹蜻蜓包含一螺旋桨装在一根垂直轴上,人们以手转动此轴即可使竹蜻蜓升空飞行,这可能是人类最早的概念直升机。但是此一概念并没有继续的发展,一直到十五世纪,达芬奇绘出他所认为飞行的机器,他建议以旋转一绕垂直轴的螺旋面(双旋翼直升机概念鼻祖)来达到垂直的飞行。

  4.“理想城”

  达芬奇当时生活在灾祸不断的米兰城,他想象着建造一座更加繁荣的城市,一座他自豪地称之为“家”的城市。他的建筑草图十分详细,甚至还包括有通气孔的马厩。不过,令许多现代米兰人困惑的是,达芬奇没有留下建设足球场的空间。

  一直对古典建筑情有独钟的达芬奇设计出以教堂为中心、辅以半圆形建筑、小生境、礼拜堂或柱廊等错综复杂结构的对称性城市布局。达·芬奇还对多座城市(尤其是米兰)和恢复城市建筑所面临的问题进行了研究。米兰城在1484年曾经流行过瘟疫。达芬奇头脑中已有了“理想城”的规划,一座根据连贯性概念设计出来的城市,他为此整理了各种材料。“理想城”可能会建在大河(也许是提契诺河)附近,因为河水能够解决城市的许多问题。

  城市道路的宽度与“宫殿”高度相当。有门廊的“宫殿”专供“绅士”居住,同时较低的道路供交易和器皿运输所使用。“宫殿”较低部分四周宽阔的街道通往动物交易场所,然后再折回贸易地点。这一方案实际上反映了消除或至少是解决1484-1486年瘟疫过后米兰狭窄、拥堵的街道数量。那次瘟疫夺取了米兰城三分之一人口的生命。

  3.自行式车辆

  虽然无法与法拉利相媲美,但达芬奇的自行驱动式“车辆”设计却是他那个年代的创新设计。他设计的木车由传动装置的弹簧驱动。达芬奇可能是希望它产生特别的动力,它是世界上第一个自行驱动的“车辆”。早在1905年,研究达芬奇的开拓者之一的吉罗拉莫·卡尔维便注意到达芬奇与第一轮汽车之间的联系。1936年,卡尔维又将达芬奇的图纸称作“莱昂纳多的菲亚特”。但直到最近,科学家才正确地破译了达芬奇的设计。

佛罗伦萨一家博物馆的科学家曾于2004年照图纸制造了一辆,发现汽车能按达芬奇预想的那样工作。

 

  2.地质时期

  尽管达芬奇同时代的科学家解释说在内陆地区山顶发现的软体动物化石是“大洪水”过后留下的,但达芬奇并不这样认为。达芬奇提出,这些山脉可能曾经是海岸线,只不过经过多少年的地壳变化,逐渐向上移动,才变成当时那个样子。

  1.维特鲁威人

  根据古

罗马建筑师维特鲁威的比例学说,达芬奇亲手绘制出“维特鲁威人”这一完美的人体,以人体张开双手、模拟成十字架,与外围圆框共同形成一个内十外圆的经典构图,流传后世至今。此外,“维特鲁威人”也是达芬奇以比例最精准的男性为蓝本,因此后世也常以“完美比例”来形容当中的男性。这个由达芬奇绘制的一脸怒容的男人其实有理由高兴:“维特鲁威人”现在被认为是世界上最公认的人体之一。