圖解達文西機器人

推薦序│Forward
做一個現代的文藝復興人！
大同大學機械系暨研究所 教授　賴光哲

前言│Preface

緒論│Introduction

第1章＞Chapter 1
自動機與機器人
Automata and robots
介紹達文西時代前後的自動機：從古埃及到第一次世界大戰。

第2章＞Chapter 2
力與機械裝置
Forces and mechanisms
探索《馬德里手稿 I》的內容，是文藝復興時期第一份、也是最完整的機械學專門論著。

第3章＞Chapter 3
自動前進的推車
The sell-propelling cart
科學界從1905年就開始研究達文西這個構想。2005年，第一具可運作的原型機問世，但仍有許多疑問有待探討……

第4章＞Chapter 4
機械雄獅
The mechanical lion
達文西這具自動機設計只有文字說明留存下來，沒有一張草圖。儘管如此，我們還是將它做了出來。

第5章＞Chapter 5
是穿著甲冑的武士，還是機器士兵？
Knight in armor or robot soldier？
《大西洋手稿》中的856r、1077r、1021r和1021v，為我們帶來新的發現。

後記│Afterword

附錄一│Appendix 1
達文西生平

附錄二│Appendix 2
人名索引

附錄三│Appendix 3
參考書目│Bibliography

推薦序

做一個現代的文藝復興人！∕大同大學機械系暨研究所教授　賴光哲

　　本書是作者馬力歐．泰迪的團隊繼其《達文西的天才發明》後的另一鉅作。作者們活用現代的數值影像處理技術，將達文西的手稿重建、清理，使其恢復五百年前達文西繪製時的清晰度。過去的達文西研究學者們經常使用過度簡化的方式，對達文西草稿中所呈現的表象進行描述。在本書中，作者們採用影像處理技術將手稿進行解構，進行不同草稿之間的超連結，設法發現真正隱藏在達文西手稿中的奧秘。

　　達文西的手稿從文節整理的狀況判斷，可區分為兩大類型。一種是純粹的雜記，另一種是經過適當整理的騰清手稿。《馬德里手稿I》是第二類型，其體裁極為整齊，《馬德里手稿II》是第一類型，其內容為滿紙備忘錄的純雜記，而著名的《大西洋手稿》，其內容則兼具上述兩種不同類別的手稿。為使讀者深入瞭解達文西時代的機械技術水準，作者首先解說嚴然就像現代機械原理專門論著的《馬德里手稿I》中的17種簡單機械要素與24種比較複雜的機構。又，為探究達文西的三種機械人──自走車、機械獅與機器士兵，作者深入探討《大西洋手稿》中的579r、812r、1021r、1021v與1077r等五頁中的素描內容，這五頁是代表性的純雜記手稿。這兩種不同類別的手稿分別代表達文西兩種不同的思考模式。作者以3D圖像仔細解析，並設法製作實體模型進行實驗。閱讀本書，讀者不僅可從容仔細地觀看原尺寸大小的達文手稿，更可經由作者的分析與引領，從而徹底了解達文西的思考方法與設計方法。

　　這些年來，由於世界經濟環境的變遷，台灣正面臨產業轉型的重大瓶頸。生活在台灣的我們如何學習擺脫長久以來束縛我們獨立自由思考的各種障礙，發揮每個人的潛能，進行創新，是當今教育上的最重要的課題之一，也是我們每個人必須努力追求突破的重要生活態度。達文西身處人類文化變革的關鍵時代，他隨身攜帶筆記本，透過素描與筆記培養其好奇心，鼓勵他自己自由自在地思考，探究各種新的機構與發明。為打開當前社會的困境，我們應該效法達文西，加速各種知識的學習，提高我們創新思考的技巧。

　　本書作者為探究達文西的機器人，巨細靡遺地分析達文西的有關手稿，嘗試體驗達文西如何活用他自己所建立的「機械文法」，由簡單機械要素設計出動作複雜的各種機器人。由作者的解析，我們可掌握達文西如何活用他拿手的視覺語言，進行超文字化的全腦思考模式。詳讀本書的所有章節，我們可以追尋達文西的創意軌跡，學習達文西如何進行創新思考的心靈模式，從而成為「現代的文藝復興人」。

前言

知識是世界上最美好的東西

　　一位努力不懈、永不滿足的完美主義者，著手進行了這麼多不同的計畫，其中有些沒有完成。

　　瓦薩里（Vasari）在《藝術家列傳》中提到，達文西（Leonardo da Vinci）普受景仰，但也經常遭到誤解。許多年來，他接受委託的繪畫工作先是進度越來越慢（例如〈最後的晚餐〉(the Last Supper)），後來往往半途而廢（例如〈伊甸園中的亞當和夏娃〉(Adam and Eve in the Garden of Eden)、〈安吉里之戰〉(the Battle of Anghiari)、〈梅杜莎頭〉(Head of Medusa)或〈賢者來朝〉(the Adoration of the Magi)等），最後甚至根本沒有動手繪製（例如伊莎貝拉．德埃斯特（Isabella d'Este）委託的〈聖母〉(the Madonna)和〈基督〉(the Christ)）。

　　直到19世紀，才有極富慧根的評論家解開這個謎團。

　　達文西的人生使命是瞭解大自然，他試圖洞察自然的奧秘，以及推論出自然定律。1499年，他將畫筆交給學生，從此躋身科學家之列，致力於解決自然界中層出不窮的問題。歷史學家艾得蒙多．索爾密（Edmondo Solmi）曾經提到：「1513年，他心中的藝術家死去，科學家隨之誕生，而且非常清楚自己的價值。」但另一方面，由於他表達構想的方式十分特別，所以我們可以說達文西是藝術型的科學家；或者由於他的工作和繪畫的方式，我們也可以說他是科學型的藝術家。其實比較正確的說法應該是，他是藝術家和科學家兩者的融合，而這一點正是達文西與眾不同之處。

　　14世紀初，在被視為「旁門左道」（beyond the pale）數百年之後，科技再度成為大眾普遍接受的研究主題。從塔可拉（Taccola）開始，工程師間興起一股撰寫圖文並茂專門論著的風氣，例如弗朗切斯科．迪喬治（Francesco di Giorgio）、喬凡尼．馮塔納 （Giovanni Fontana）等人的作品，當然還包括其中最重要的達文西。在此之前，技術文字鮮少搭配插圖。運用圖表來說明與傳達構想逐漸普及，是15世紀最重要的創舉。僅僅數十年的時間，描繪機器與複雜機械裝置以及說明其運作方式的固定方式就已建構完成。

　　達文西在機器繪製藝術上留下不可磨滅的印記，讓這門藝術完全脫離象徵藝術的範疇，成為一種研究工具，用來探討宇宙間最複雜精巧的機械——這個世界。文藝復興時期（Renaissance）的工程師儘管建造了雄偉的大教堂，在社會上卻處於邊緣地位，而且完全被排除在所有中世紀文學作品之外。但在15世紀時，工程師逐漸成為文學作者，最重要的是，歐洲地位最高的貴族十分讚賞他們，而且開始庇護他們。而這個解放過程最重要的結果，就是達文西。

　　本書的主旨是向達文西致敬，表彰他的科學成就，以及發明了機器人和自動機，也就是不需藉由人力輔助即能自行運作，並且可模仿人或動物動作的機器。這類裝置早在達文西之前就已經出現許久，然而他發揮他的天分，改良了這類機器，不僅令當時的人們十分讚嘆，既使今日看來也都相當令人驚奇。就像本書這類書名中帶有「機器人」的書，經常會讓我們立刻想到達文西發明了許多自動機，然而我們對這些機器一無所知。

　　事實上這些想法都是我們自己創造的，因為我們的想像力十分渴望受到激發。依據目前已知的文件看來，我們可以說達文西確實曾經設計及打造數具機器人。這些自動裝置能執行某些工作、模仿動物的動作，完全不需要人類輔助。儘管我們不能確定達文西是否曾經設計其他自走車或機器人，但確實有明確的證據可以證明。現在我們有草圖、筆記和一些其他觀察者的描述，因此不是虛構的傳說，而是實際存在的東西。無論如何，在接下來的內容中，將有許多東西可以滿足我們的想像。

　　達文西最重要的目標，就是盡量做到清楚簡潔。達文西在繪製、解釋和展示他的科學發現和設計，以及撰寫文字說明時所秉持的原則，就是簡潔扼要地表達。他在用字遣詞方面的精確習慣，源自於他習慣精確思考，厭惡不夠清晰的事物。因此，連他的機械化和自動化設計方案，也是以最少的功夫、最精簡的構造獲取最佳的結果為目標，就和大自然本身一樣。「自然界的所有活動都採取最短的可能路徑」（Every natural action is performed in the shortest possible way）。

後記

內心深處的小孩

　　在這本書中，我們「只」（only）探討了三個主題：自走車、機器獅和機器武士。事實上，這本書只研究了現存5000多頁達文西手稿中的5頁。但是在這幾頁中，我們看到了數百具機器和相關的構想，幫助我們發現挖掘和徹底瞭解這些機器人和達文西的設計方法。其他機器人計畫還散見於手稿各處，例如用於製造舞台效果、進行實驗，以及鐘錶……等各種用途的自動機和機器組。因此在發掘達文西真實面貌的漫漫長路上，我們只能算是剛剛起步。我們在這本書中檢視和提出的理論都相當新穎和令人著迷。事實上，那部自走車或許只是一輛用齒輪帶動的拖拉車，獅子可能只是一具機器玩偶，武士或許只是某種盔甲設計。或者，有可能是歷史上第一具可預先設定的機器車、第一具能行走的動物自動機，以及一支機器士兵部隊的基本構想。

　　一如往常，事實就隱藏在某個地方，但我們永遠不可能知道還有多少東西有待發現。如果我們打算深入探究原稿中的每一個細節，不要忘了，這些原稿的作者在同一時間內畫了〈最後的晚餐〉（The Last Supper）、研究鳥的飛行、提交計畫參與建築比賽、撰寫故事，而且還在史佛薩公爵（Ludovico the Moor）的宮廷演唱和演奏樂器！

　　雖然不用特意強調，但500年前沒有電、瓦斯、報紙或紀錄片，如果想從稀少又極為昂貴的書籍學習東西，也必須看得懂拉丁文。現在的人沒有時間像達文西一樣觀察、理解大自然以及和自然界互動，可能是因為我們經常在電視機前坐上好幾小時而不動腦筋，也可能是因為我們覺得自己已經掌握了對我們有用的一切事物。

　　我們失去了研究和探究周遭世界的樂趣和驚奇，我們忘記了潛藏在自己內心深處的赤子之心。發掘達文西可能意味著瞭解我們自己和自己的潛能。達文西沒有離開人間，因為他在我們每個人內心深處的創意中繼續存在。我們必須學著關掉電視，用想像力打開我們心中的達文西，他就在我們心裡等著我們！

　　達文西的自動機

　　達文西的機器是否改變了歷史？另外一些由他設計和製作（至少有一部分應該是），同樣令人嘆為觀止的機器呢？這些問題的答案當然是否定的。但是在我們心目中，達文西多才多藝的文藝復興時期藝術天才形象，還是比創造現代科學雛形的發明家形象更令人著迷。

　　毫無疑問地，達文西的形象已經超越了他的時代和當時的文化。義大利人很容易被視為等同於達文西，因為義大利人覺得擁有一位這麼有才華的祖先，讓國人更肯定自己和自己的發展潛力，是件很光榮的事，然而他的影響其實更加深遠。

　　世界的中心最先是古希臘，接著是羅馬，義大利的文化優勢維持了好幾世紀。如果文藝復興時期能造就出達文西和伽利略這樣的人才，但當時世界上的其他地方沒有出現這樣的人，那麼必定有其原因。是我們的社會、文化和歷史環境，和各方面的知識傳承促進我們的大腦發展。事實上在現代世界中，地球上任何國家不只會產生新聞和文化屬性，也會形成科學和藝術。因此，儘管達文西是義大利文藝復興時期的代表人物，但文藝復興時期已經成為整個現代世界的古老基因庫的一部分，達文西的才華也屬於全人類。因此，不論是在義大利或日本，以達文西為主題的展覽一樣成功，對偉大歷史人物的認同感超越了語言和血統等各種障礙。我們都是達文西，也都是莎士比亞、莫札特或萊特兄弟。這些歷史上的傑出人士，都是我們的基因傳承的一部分。

　　達文西以人工方式重新創造生物的渴望，已經消失在時間的洪流中。模仿生物代表我們必須複製大自然的原則，而人類仍在持續努力製造沒有生命但會動的物體，也就是所謂「人造動物」（simul-animate）。在我們的社會中，科學和科技的世界，要我們努力製造能自主行動和做出決定的人造動物。有些人宣稱，具有超高智能的人造動物，將成為演化過程中的必然趨勢。如果真是如此，那麼有生命的動物也只不過是演化史上的一個階段。動物以後將會發展成沒有生命，但是擁有感情和超高智能，不會有人類身體弱點和壽命有限等限制，換句話說就是機器人。但是，生命仍有其他方式可以無限延續下去……。

　　達文西的傑出才能，讓擁有大量財富而有幸見到他的人讚嘆不已，他的作品也讓當時與後代的人十分激賞。直到今天，不論是工程圖或藝術作品，達文西仍然透過每一幅作品的非凡力量對我們說話。他的聲音絕不是喃喃低語，而是響亮的喊叫。這股喊叫聲帶著他一同挑戰人類的最高目標：永生（immortality）。