1.1 古代的机器人

尽管世界上各大文明的发源地不同，但基本上都出现过关于自动机械装置或机器人的记载。

1．神奇的指南车

当我们在野外探险时，先进的导航技术可以让我们方便地获得定位、方向指示、路线指引等服务。然而在科技发展水平相对较低的古代，在复杂环境下辨别方向并不是那么容易的事情。因此，发明家们做出了诸多努力，图 1-1 中展示的指南车就是其中的成果。

指南车是一种指示方向的装置，由齿轮系统构成。不管指南车向何方行驶，车上所立木人的手指永远指向南方。据西晋崔豹撰写的《古今注》记载，黄帝与蚩尤在逐鹿之野大战时，蚩尤施法布下百里大雾，三日三夜不散。为了突出重围，黄帝命令大臣风后造指南车，为大军领路，最终大破蚩尤，统一了中原。《古今注》里还记载，西周成王时，南方的越裳氏到镐京进贡，路上迷失方向。周公便派指南车接其入镐京。需要说明的是，根据现代科学家的考证，我国的齿轮出现于战国到西汉之间，因此《古今注》中关于指南车的两则记载并不可信。

图1-1 指南车

到了三国时期，魏国的马钧对传说中的指南车很感兴趣，立志要造出一辆。这样的想法在当时的大臣们看来简直是异想天开。马钧与这些反对者在魏明帝面前展开了激烈的辩论。面对别人的质疑，马钧在没有资料和模具的情况下，刻苦钻研，反复实践，终于利用差动齿轮的原理制成了指南车，“全国服其巧也”。指南车让马钧成为了中国古代科技史上最负盛名的机械发明家之一。

南北朝时期，南齐高帝萧道成命令大名鼎鼎的数学家和天文学家祖冲之仿制一台缴获自前朝的指南车。祖冲之潜心钻研，在充分吸收之前指南车工艺的基础上，对其构造进行了改良，内部机件全部改成铜制。南齐高帝派人去试验这台指南车，发现它运转灵活、指向准确，比之前的那辆更加坚固耐用。北朝有一个名叫索驭飗的，自称也会制造指南车。南齐高帝有意让他们比试一下，便命令索驭飗也制作一辆指南车，和祖冲之的那辆进行比赛。结果祖冲之所制的指南车运转自如，索驭飗所制的却不那么灵光。因此索驭飗甘拜下风，并亲手毁掉了自己制作的指南车。

后来，指南车被更为精巧的指南针取代，逐渐退出了历史舞台。尽管如此，指南车仍然是古代中国乃至世界文明史上重要的发明之一。

2．水与壶的传奇

说到水和壶，我们可能会联想到一杯清茶或咖啡。但是，你知道水和壶相结合，曾经能为人类报时吗？

人类最早的计时工具是漏壶。它的出现不是偶然的，而是古人们长期观察大自然的产物。古人在用陶器取水和储水的时候，因陶器质地疏松会出现漏水现象，而水面下降的速度则与时间有一定的对应关系。经过反复总结实践，大约在夏商时期，古人们创造出了“沉箭壶”。“沉箭壶”是一只盛水的铜壶，在壶的底部有一个小洞。一根有刻度的标杆竖立在壶中，刻度部分浮于水面上。当水从小洞慢慢流出时，人们就可以根据标杆上对应的水位刻度来判断时间。由于漏壶中的水量对水滴的速度有一定的影响，所以计时的准确性较差。图 1-2 左侧展示的是一把汉代的铜制漏壶。

为了提高计时精度，后来人们又发明了“浮箭壶”，如图 1-2 右侧所示。其结构原理为：三个漏壶被放在不同高度的平面上，最下面放一个接水壶，有刻度的箭杆便放在这个接水壶中。使用时，水从最上面的壶依次流到中间和下面的漏壶中，最后流入下面的接水壶，标杆上浮显示对应的刻度。这样的设计避免了“沉箭壶”由于水量减小对水滴速度的影响，计时更加准确。这样的多级漏壶出现于东汉初年，张衡使用“二堵”，即一只漏壶和一只补给壶（不算最下面的接水壶）进行计时。晋代出现了三只一套的出水壶，而唐初的吕才设计了四只一套的漏壶。现在，故宫博物院也保存着一套清代的大型漏壶。

图1-2 汉代漏壶（左）和“浮箭壶”（右）

在世界其他文明的史料文献中，也记载着关于漏壶制作和使用的相关内容。公元前1400 年左右，古巴比伦人使用泄水型漏壶进行时间计量，其原理类似于我国古代的“沉箭壶”。在古埃及，同时使用泄水型和受水型漏壶，其中受水型漏壶类似于我国古代的“浮箭壶”。公元前 270 年，古希腊发明家特西比乌斯改进了漏壶，并采用人物造型的指针指示时间，如图 1-3 所示。

图1-3 古希腊发明家特西比乌斯制作的漏壶

漏壶利用了水的重力作用，是一种简便精巧的计时仪器。当然，古代文明中的计时仪器不只有漏壶一种。由北宋天文学家苏颂等人研制的“水运仪象台”，如图 1-4 所示，便是集观测和演示天象、测时和报时于一体的综合性观测仪器。“水运仪象台”实际上是一座小型的天文台，利用水力驱动和机械传动。另外，民间也流传着一些简单的计时工具。如唐朝和尚发明的盂漏，就是其中的一种。将一个底部钻有小孔的铜盂放置在水面上，水即从洞中涌入盂里。当水满到一定的程度，容器就会沉下去。取出铜盂倒掉水，便可以重复利用。铜盂的大小和重量是有规定的，一般一个时辰沉浮一次。由于盂漏的制作工艺简单，成本低廉，因此成为古代人们最常用的计时器。

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