Starověký inženýr, který vynalezl prodejní automat i programovatelné divadlo
Ve starověkém egyptském chrámu mohl věřící vhodit pětidrachmovou minci do otvoru a automaticky obdržet odměřené množství posvátné vody. Žádná obsluha, žádný kněz u přepážky. Tahle zdánlivě moderní záležitost pochází z 1. století našeho letopočtu a jejím autorem byl řecký inženýr Heron z Alexandrie.
A to by samo o sobě stačilo jako zajímavost. Jenže Heron tím zdaleka neskončil. Zkonstruoval autonomní loutkové divadlo, které dokázalo bez lidského zásahu asi deset minut přehrávat celé dramatické představení se změnami kulis a zvukovými efekty. A k tomu chrámové dveře, jež se otevíraly samy, kdykoli kněz zapálil oheň na oltáři.
Jak to dělal bez elektřiny?
Heron žil přibližně mezi lety 10 a 75–85 našeho letopočtu. Místo mikrokontrolerů a elektromotorů pracoval výhradně s tím, co měl k dispozici: tlakem vzduchu, váhou vody a gravitací. A výsledkem byly stroje, jež fungovaly automaticky, bez jediného kabelu.
Byl přesný pozorovatel přírodních sil a věděl, jak je přinutit pracovat za sebe.
Chrámové dveře jako fyzikální lekce
Princip automaticky se otevírajících chrámových dveří je elegantní ukázka toho, co bychom dnes nazvali termodynamikou. Pod oltářem byla zapojena uzavřená kovová nádoba s vodou. Když kněz zapálil oheň, vzduch v nádobě se zahřál a roztáhl. Přetlak vytlačil vodu hadicí do zavěšeného kbelíku. Jak kbelík těžkl, táhl přes soustavu kladek lana připevněná k dveřím a dveře se otevřely. Po vyhasnutí ohně vzduch vychladl, smrštil se, podtlak vtáhl vodu zpět a dveře se zavřely.
Pro návštěvníky chrámu to muselo vypadat skoro zázračně. Ale musím být přesný: není jisté, zda Heron toto zařízení skutečně postavil, nebo zda šlo o propracovaný návrh. Fyzické pozůstatky nebyly nalezeny.
Programování pomocí uzlů a písku
Loutkové divadlo bylo ještě složitější. Heron ho popsal ve svém spisu o automatech jako inscenaci mýtu o Naupliovi. Celé představení trvalo přibližně deset minut a probíhalo bez jakékoli lidské obsluhy.
Hnací silou bylo závaží, které pomalu klesalo dolů. Rychlost jeho pádu reguloval písek přesýpaný z nádoby podobné přesýpacím hodinám. Pořadí jednotlivých pohybů pak určovaly uzly na lanech a soustava ozubených kol. Každý uzel byl příkazem: v tomhle momentě se otočí tato páka, loutka se pohne tímto směrem. Moderní programátor by to popsal jako sekvenční algoritmus zapsaný do mechaniky místo do počítačového kódu.
Parní koule, která průmyslovou revoluci nespustila
Ze všech Heronových vynálezů je nejznámější aeolipila, rotující koule poháněná párou. Princip je přímočarý: pára vyletuje ze dvou zahnutých trysek na povrchu koule a ta se roztáčí na principu zpětného rázu. Moderní repliky dosahují přibližně 1 500 otáček za minutu.
A teď přichází historicky pikantní otázka: proč tenhle stroj nespustil průmyslovou revoluci o sedmnáct století dříve? Technický princip tam byl. Jenže aeolipila měla katastrofálně nízkou účinnost a rotovala příliš rychle na to, aby šla rozumně mechanicky propojit s čímkoli užitečným. Jednou z historicky diskutovaných hypotéz je, že v antické Alexandrii prostě nebyl ekonomický tlak k automatizaci produkce, protože pracovní sílu zajišťoval systém otrocké práce. Stroj byl vnímán jako učební pomůcka nebo chrámový efekt, ne jako základ průmyslu. Osmanský vědec Taqi al-Dín popsal v roce 1551 využití parní turbíny k praktickému účelu, konkrétně k otáčení rožně.
Matematik, fyzik, inženýr
Heron nebyl jen konstruktér efektních přístrojů. Jeho dílo zahrnuje přes deset dochovaných spisů z oblasti geometrie, optiky a geodézie, tedy měření terénu a vzdáleností. Matematikům je dobře znám Heronův vzorec pro výpočet obsahu trojúhelníku ze samotných délek stran, popsaný ve spisu Metrica. Ten byl ztracen a znovu objeven až v roce 1896. Popsal také měřicí přístroj zvaný dioptra, který fungoval podobně jako moderní teodolit používaný při zeměměřičství.
Jeden z jeho textů navíc obsahuje zmínku o zatmění, které historici ztotožnili s astronomickou událostí 13. března 62 našeho letopočtu. Díky tomu vůbec víme, kdy přibližně žil.
Celkový obraz je obraz člověka, který systematicky zkoumal matematiku a přírodní jevy a své závěry promítal do technických řešení. Přesně tak, jak to dělají inženýři dnes. Jen místo mikrokontrolerů měl závaží, písek a lana.