إسماعيل الجزري

A camshaft, a shaft to which cams are attached, was described in 1206 by al-Jazari, who employed them in his automata,^[23]water clocks (such as the candle clock)^[24] and water-raising machines.^[23]

يُعدّ المقبض اللامركزي لحجر الرحى الدوّار في إسبانيا خلال القرن الخامس قبل الميلاد، والذي انتشر في جميع أنحاء الإمبراطورية الرومانية، بمثابة ذراع تدوير . ^{[ 25 ]} يعود أقدم دليل على وجود آلية ذراع التدوير وقضيب التوصيل إلى منشرة هيرابوليس في الإمبراطورية الرومانية خلال القرن الثالث الميلادي . ^{[ 25 ]} كما يظهر ذراع التدوير في منتصف القرن التاسع في العديد من الأجهزة الهيدروليكية التي وصفها الأخوان بنو موسى في كتابهم "الأجهزة المبتكرة" . ^{[ 26 ]}

في عام ١٢٠٦، اخترع الجزري عمود مرفقي بدائيًا ، ^{[ ٢٧ ] [ ٢٨ ]} ودمجه مع آلية ذراع التوصيل في مضخته ثنائية الأسطوانات . ^{[ ٢٩ ]} وكما هو الحال في العمود المرفقي الحديث، تتكون آلية الجزري من عجلة تُحرك عدة دبابيس مرفقية ، حيث تكون حركة العجلة دائرية بينما تتحرك الدبابيس ذهابًا وإيابًا في خط مستقيم. ^{[ ٢٧ ]} يُحوّل العمود المرفقي الذي وصفه الجزري ^{[ ٢٧ ] [ ٢٨ ]} الحركة الدورانية المستمرة إلى حركة ترددية خطية ، ^{[ ٢٩ ]} وهو عنصر أساسي في الآلات الحديثة مثل المحرك البخاري ومحرك الاحتراق الداخلي وأنظمة التحكم الآلية . ^{[ ٢٨ ] [ ٣٠ ]}

استخدم عمود المرفق مع ذراع التوصيل في اثنتين من آلاته لرفع المياه: مضخة الساقية ذات السلسلة التي تعمل بعمود المرفق، ومضخة الشفط ذات المكبس الترددي مزدوج الفعل . ^{[ 29 ] [ 31 ]} كما استخدمت مضخة المياه الخاصة به أول آلية معروفة لعمود المرفق والمنزلق . ^{[ 8 ]}

يكتب المؤرخ الإنجليزي المتخصص في التكنولوجيا، دونالد هيل :

نرى لأول مرة في عمل الجزري العديد من المفاهيم المهمة لكل من التصميم والبناء: تغليف الأخشاب لتقليل التواءها، والتوازن الساكن للعجلات، واستخدام القوالب الخشبية (نوع من النماذج)، واستخدام النماذج الورقية لوضع التصاميم، ومعايرة الفتحات ، وصقل مقاعد وسدادات الصمامات مع مسحوق الصنفرة للحصول على إحكام مانع لتسرب الماء، وصب ^{المعادن} في قوالب مغلقة بالرمل . [ ^{9 ]}

ابتكر الجزري طريقة للتحكم في سرعة دوران العجلة باستخدام آلية الميزان . ^{[ 32 ]}

بحسب دونالد هيل ، وصف الجزري العديد من الضوابط الميكانيكية المبكرة ، بما في ذلك "باب معدني كبير، وقفل مركب ، وقفل بأربعة مسامير ". ^{[ 9 ]}

الترس القطاعي هو "قطعة لاستقبال أو نقل الحركة الترددية من أو إلى عجلة مسننة، ويتكون من قطاع من ترس دائري ، أو حلقة، بها تروس على محيطها أو وجهها." ^{[ 33 ]} كتب لين تاونسند وايت : ^{[ 34 ]}

كان الباحثون الغربيون يعتقدون أن الصمامات المخروطية ظهرت لأول مرة في رسومات ليوناردو، لكن صور الجزَرل تُظهرها. وبالمثل، ظهرت التروس القطاعية بوضوح لأول مرة في أعمال الجزَرل؛ وفي الغرب ظهرت في الساعة الفلكية التي صنعها جيوفاني دي دوندي عام 1364؛ ومع المهندس السييني العظيم فرانشيسكو دي جورجيو (توفي عام 1501) دخلت هذه التروس إلى المصطلحات العامة لتصميم الآلات الأوروبية.

أول استخدام معروف لعمود المرفق في مضخة سلسلة كان في إحدى آلات الساقية التي صنعها الجزري . كما أن مفهوم تقليل العمل المتقطع ظهر لأول مرة في إحدى مضخات الساقية التي صنعها الجزري ، وذلك بهدف زيادة كفاءة مضخة الساقية إلى أقصى حد. وقد صنع الجزري أيضًا مضخة ساقية لرفع المياه تعمل بالطاقة الكهرومائية بدلًا من العمل اليدوي ، مع أن الصينيين كانوا يستخدمون الطاقة الكهرومائية لمضخات السلسلة قبله. وقد ظلت آلات الساقية، كتلك التي وصفها، تُستخدم لتزويد دمشق بالمياه منذ القرن الثالث عشر وحتى العصر الحديث، ^{[ 36 ]} وكانت شائعة الاستخدام في جميع أنحاء العالم الإسلامي في العصور الوسطى. ^{[ 37 ]} ومن المثير للاهتمام أن تصوير السلسلة في مضخة الجزري يبدو على شكل شريط موبيوس ، وذلك قبل وقت طويل من تحديد شريط موبيوس كموضوع للدراسة في الرياضيات. ^{[ 38 ]}

وصف الجزري أنابيب الشفط ، ومضخة الشفط ، والمضخة ثنائية الفعل ، واستخدم الصمامات وآلية عمود المرفق وقضيب التوصيل في وقت مبكر ، عندما طور مضخة شفط مكبسية ترددية ثنائية الأسطوانات . تُدار هذه المضخة بواسطة عجلة مائية، تُحرك، عبر نظام تروس، قضيبًا متذبذبًا موصولًا به قضيبا مكبسين. يعمل المكبسان في أسطوانتين متقابلتين أفقيًا، كل منهما مزودة بأنابيب شفط وتوصيل تعمل بصمامات. تتصل أنابيب التوصيل فوق مركز الآلة لتشكيل مخرج واحد إلى نظام الري. كان لهذه الآلة لرفع المياه أهمية مباشرة في تطوير الهندسة الحديثة. تتميز هذه المضخة بثلاثة أسباب: ^{[ 9 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

• أول استخدام معروف لأنبوب شفط حقيقي (الذي يسحب السوائل إلى فراغ جزئي ) في مضخة.
• أول تطبيق لمبدأ التأثير المزدوج.
• تحويل الحركة الدورانية إلى حركة ترددية عبر آلية ذراع التوصيل المرفقي.

كانت مضخة المكبس الشفطية التي ابتكرها الجزري قادرة على رفع 13.6 مترًا من الماء، بمساعدة أنابيب التوصيل. إلا أنها لم تكن أكثر كفاءة من النورية الشائعة الاستخدام في العالم الإسلامي آنذاك. ^{[ 42 ]}

استوحى الجزري تصميم مضخته من السيفون البيزنطي المستخدم لتفريغ النار الإغريقية . ^{[ 43 ]} ووفقًا لدونالد هيل ، يمكن اعتبار مضخة الجزري "سلفًا مباشرًا لمحرك البخار المركب". ^{[ 44 ]} ويرى جوزيف نيدهام أن مضخة الجزري ذات قضيب الشق هي إحدى "آلتين من العصور الوسطى تقعان مباشرةً في سلسلة نسب محرك البخار والقاطرة "، إلى جانب محرك وانغ تشن الهوائي الذي ظهر بعد قرن من الزمان. ^{[ 45 ]}

وصف الجزري آلات رفع المياه ذات الدلو الواحد والآلات ذات الأربعة دلاء. يستخدم الإصدار ذو الدلو الواحد تروسًا تفاضلية ووحدات تروس نصف دائرية ومصاعد دلو وعلب تروس ، بينما يضيف الإصدار ذو الأربعة دلاء مؤقتًا ميكانيكيًا .

ابتكر الجزري أول نظام لإمداد المياه يعمل بالتروس والطاقة الكهرومائية ، والذي بُني في دمشق في القرن الثالث عشر لتزويد مساجدها ومستشفيات بيمارستان بالمياه . كان النظام يعتمد على مياه من بحيرة تُدير عجلة مغرفة ونظام تروس ينقل جرار الماء إلى قناة مائية تصل إلى المساجد والمستشفيات في المدينة. ^{[ 46 ]}

كانت إحدى آلات الجزري الشبيهة بالبشر نادلةً قادرةً على تقديم الماء أو الشاي أو المشروبات. كان المشروب يُخزّن في خزان مزود بحوض يقطر منه المشروب في دلو، وبعد سبع دقائق، في كوب، ثم تظهر النادلة من باب أوتوماتيكي لتقديم المشروب. ^{[ 51 ]}

ابتكر الجزري آلة غسل اليدين مزودة بآلية تدفق تُستخدم الآن في المراحيض الحديثة . يُعد هذا الجهاز مثالًا آخر على الآلات البشرية . يتكون من مجسم بشري مصنوع من النحاس المفصلي، يحمل في يده اليمنى إبريقًا يشبه الطاووس. صُنع الإبريق من النحاس الأصفر، ويحتوي على حجرة مقسمة إلى جزأين بواسطة صفيحة معدنية. تُسهّل هذه الآلية سكب الماء من الفوهة بسلاسة ودون تناثر. يقع خزان الماء في الجانب الأيمن من المجسم. رُكّب محور في كوع المجسم الأيمن ليسمح بتدفق الماء من الخزان عبر فوهة الإبريق. أما ذراع المجسم الأيسر، فكان مزودًا بثقل ثابت لرفع وخفض الذراع التي تحمل منشفة ومشطًا ومرآة.

صُممت هذه الآلة لمساعدة الملك أثناء تأديته طقوس الوضوء . كان خادم الملك يحمل التمثال ويضعه بجانب حوضٍ فيه سائل. ثم يُدير الخادم مقبضًا في ظهر التمثال، فيفتح صمامًا يسكب الماء من يده اليمنى في الحوض. وعندما يكاد الخزان يفرغ، وبعد سكب معظم الماء، تُشغَّل آليةٌ فتُمدَّ يد التمثال اليسرى، التي تحمل المنشفة والمشط والمرآة، باتجاه الملك ليجفف نفسه ويعتني بلحيته. ^{[ 52 ]}

للماء واستخداماته أهمية خاصة في الإسلام ؛ فهو جزء لا يتجزأ من الوضوء والغسل قبل الصلاة ، وعنصر أساسي في الحدائق الإسلامية، حيث توجد أربع نوافير في جنة عدن ، وهي مثوى المسلمين الأخير المذكور في القرآن الكريم . إضافة إلى ذلك، ونظرًا لأن بلاد ما بين النهرين كانت منطقة تعاني من الجفاف، فقد كان للآلات المتعلقة بالماء دور بالغ الأهمية، سواء من الناحية الروحية أو العملية.

خُصص قسم كامل من كتاب "معرفة الأجهزة الميكانيكية البارعة" لآليات النوافير، بعنوان: "حول بناء النوافير التي تغير شكلها في البرك، وآلات الناي الدائم". ^{[ 53 ]}

كانت "نافورة الطاووس" الخاصة بالجزري جهازًا أكثر تطورًا لغسل اليدين، حيث كانت تضم روبوتات بشرية تعمل كخدم تقدم الصابون والمناشف . يصفها مارك إي. روزهايم على النحو التالي: ^{[ 49 ]}

يؤدي سحب سدادة من ذيل الطاووس إلى خروج الماء من منقاره؛ وعندما يمتلئ الحوض بالماء المتسخ، يرتفع عوامة ويحرك آلية تجعل شخصية خادم تظهر من خلف باب أسفل الطاووس وتقدم الصابون. وعند استخدام المزيد من الماء، تتحرك عوامة ثانية في مستوى أعلى، مما يؤدي إلى ظهور شخصية خادم ثانية - تحمل منشفة!

كان حوض "نافورة الطاووس" يشكل حوضاً لأداء الوضوء ، وكان يقوم بتشغيله خادم، حيث كان يسحب السدادة ويضع منقار الطاووس؛ مما يسمح للآلية بإطلاق الماء في الحوض أمام المستخدم. ^{[ 54 ]}

ومع ذلك، فبينما كانت للأشياء المتحركة بالماء، مثل نافورة الطاووس، استخدامات طقوسية، إلا أن هناك ما يشير إلى أن أنظمة الهيدروليكا المتحركة بالماء استُخدمت لأغراض دنيوية. ويشير أيهان أيتس إلى ما يلي: ^{[ 55 ]}

كما احتوت العديد من هذه الأجهزة على وظائف إضافية تتناقض مع فكرة القدرة الإلهية المطلقة. وكان الغرض الأكثر دناءة لعدد من آلاته الهيدروليكية والهوائية هو إسكار ضيوف الحفلات بأسرع وقت ممكن.

وصف عمل الجزري النوافير والآلات الموسيقية الآلية، حيث يتناوب تدفق الماء من خزان كبير إلى آخر على فترات زمنية تتراوح بين ساعة ونصف ساعة. وقد تحققت هذه العملية من خلال استخدامه المبتكر للتبديل الهيدروليكي . ^{[ 9 ]}

ابتكر الجزري آلة موسيقية آلية، عبارة عن قارب يحمل أربعة موسيقيين آليين، يطفو على بحيرة لتسلية الضيوف في حفلات الشرب الملكية. وقد رجّح البروفيسور نويل شاركي أنها كانت على الأرجح نموذجًا مبكرًا للآلات الآلية القابلة للبرمجة ، وقدّم نموذجًا لإعادة بناء آلية عملها؛ إذ تحتوي على آلة طبول قابلة للبرمجة مزودة بأوتاد ( كامات ) تصطدم بأذرع صغيرة تُشغّل الإيقاع. وكان بالإمكان برمجة عازف الطبول لعزف إيقاعات وأنماط طبول مختلفة بتحريك الأوتاد. ^{[ 56 ]}

تختلف الساعة المائية للطبول، عن فرقة الروبوتات الموسيقية في افتقارها إلى دمية تعزف على الناي واستبدالها بدميتين تعزفان على البوق ، وتتألف من سبعة تماثيل خشبية مفصلية لرجال، من بينهم عازفو البوق المذكورون، بالإضافة إلى دميتين تعزفان على الصنج، وبقية التماثيل تعزف على آلات إيقاعية أخرى . ^{[ 57 ]} تعمل آلية هذه الآلة كساعة من خلال إصدار نغمة موسيقية كل ساعة، مما يُظهر قدرة الجزري على ابتكار آلات متعددة الأوجه تجمع بين الجانبين العملي والترفيهي. تبدأ حركة الآلة عند الفجر بتحريك دمية أخرى لرجل، تقف على حافة عنصر الإفريز في التصميم، وتتحرك حتى تصل إلى نقطة محددة يميل عندها صقر منحوت للأمام، مُسقطًا كرة من منقاره على صنج. ^{[ 58 ]} تُشغل جميع الجوانب الميكانيكية للآلة بالماء وسلسلة من المكابس والكابلات. في كل ساعة، يُفرغ الماء من الخزان الرئيسي ، مما يؤدي إلى انقلاب دلو آخر يُشغل دولابًا مائيًا متصلًا بالموسيقيين. وُصفت الآلة بأنها "تُصدر صوتًا عاليًا يُسمع من بعيد"، ويمكنها عزف عدة ألحان مختلفة. ^{[ 59 ]} ومثل العديد من الآلات الأخرى التي صنعها الجزري، صُممت هذه الآلة لتسلية ضيوف القصر الملكي.

بحسب دونالد هيل ، قام الجزري بصنع أكثر ساعات الشموع تطوراً المعروفة حتى الآن. وقد وصف هيل إحدى ساعات الشموع التي صنعها الجزري على النحو التالي: ^{[ 9 ]}

كانت الشمعة، التي عُرف معدل احتراقها، تلامس الجانب السفلي للغطاء، ويمر فتيلها عبر الفتحة. يتجمع الشمع في التجويف ويمكن إزالته دوريًا حتى لا يعيق الاحتراق المنتظم. يستقر قاع الشمعة في طبق ضحل مزود بحلقة جانبية متصلة ببكرات بثقل موازن. ومع احتراق الشمعة، يدفعها الثقل إلى الأعلى بسرعة ثابتة. تُشغَّل الآلية من الطبق الموجود أسفل الشمعة. لا توجد ساعات شمعية أخرى معروفة بهذه الدقة.

تضمنت ساعة الجزري الشمعية أيضًا قرصًا لعرض الوقت، ولأول مرة، استخدمت آلية تثبيت حربة ، وهي آلية تثبيت لا تزال تستخدم في العصر الحديث. ^{[ 61 ]}

تتميز ساعة الفيل التي وصفها الجزري عام 1206 بالعديد من الابتكارات. فقد كانت أول ساعة يتفاعل فيها جهاز آلي بعد فترات زمنية محددة (في هذه الحالة، روبوت بشري يقرع الصنج وطائر آلي يُغرّد)، وأول ساعة مائية تسجل بدقة مرور الساعات الزمنية لتتوافق مع اختلاف أطوال الأيام على مدار السنة. ^{[ 62 ]}

كانت أكبر ساعة فلكية لدى الجزري هي "ساعة القلعة"، وهي جهاز معقد يبلغ ارتفاعه حوالي 3.4 متر ، وله وظائف متعددة إلى جانب ضبط الوقت. فقد تضمنت عرضًا للأبراج الفلكية ومدارات الشمس والقمر ، ومن ميزاتها المبتكرة مؤشر على شكل هلال يتحرك فوق بوابة، تجره عربة مخفية، ويتسبب في فتح أبواب أوتوماتيكية، يكشف كل منها عن تمثال ، كل ساعة. ^{[ 9 ] [ 63 ]} 

ومن الميزات الأخرى للجهاز خمسة موسيقيين آليين يعزفون الموسيقى تلقائيًا عند تحريكهم بواسطة أذرع يتم تشغيلها بواسطة عمود كامة مخفي متصل بعجلة مائية . ^{[ 24 ]}

ابتكر الجزري ساعات مائية تعمل بالماء والأثقال معًا . وشملت هذه الساعات ساعات ذات تروس وساعة كاتب محمولة تعمل بالماء ، بلغ ارتفاعها مترًا واحدًا وعرضها نصف متر. وكان الكاتب بقلمه يُمثل عقرب الساعات في الساعة الحديثة. ^{[ 35 ] [ 60 ]} وقد أُعيد بناء ساعة الكاتب المائية الشهيرة للجزري بنجاح في متحف العلوم بلندن عام 1976.