纯机械时代的巅峰是什么？ 第1页

看到前面有答机械表的，我也来凑个热闹。

提名积家Atoms空气钟
无需电池，无需上发条，通过温度变化引起内部气体体积变化驱动指针转动。永动机毕竟是有悖于物理定律，而空气钟则是用天才的灵感，精巧的设计，精密的工艺创造了了近似于“永动”的奇迹。

↑以上图片来自积家官网。

论复杂程度可能远逊于很多复杂功能的机械表，价格也仅仅与一块一线品牌的基础款腕表相当，但这个东西我觉得真的算是机械的艺术了。

↓以下是转自《腕表之家》的介绍，略有删节，侵删。
“Atmos空气钟无需人为上链，接近列奥纳多•达• 芬奇（Léonard de Vinci）所追求的永动机的梦想。其运转本身就是一场盛大演出，独一无二，别具匠心。

以空气为动力的座钟
温度发生变化时，在机芯背面的密封罩内，一种混合气体（氯甲酸乙酯C2H5CI）犹如手风琴风箱一样膨胀收缩。当温度上升时，气体膨胀，进而使罩体增大。当温度下降时，气体收缩，罩体体积减小。每当密封罩大小改变时，都会牵动小链条为空气钟上链。

该系统的惊人之处在于它极佳的敏感性。当温度在15到30摄氏度之间时，每一度的变化足以保证两天的动力储存。为实现这一制表创举，空气钟必须在几乎没有摩擦且稳定的情况下运转。

精妙机械一览无余
在Atmos Classique经典空气钟、Atmos by Marc Newson空气钟等许多采用透明钟壳设计的作品上，视线可以直接触及其齿轮构造中心。空气钟的秘密展露无遗。空气钟的“肺部”清晰可见，一呼一吸之间，与温度的变化完美和谐。气体的膨胀与收缩缓慢无痕，肉眼难以觉察。平衡摆轮旋转极为缓慢，上演着一场华丽演出。一分钟仅左右摆动一次，即传统座钟的1/60，腕表的1/14 400！

机械的奥秘就在一根丝线上
平衡摆轮是由一根极为细长平滑的丝线悬吊于空气钟上部的。这根丝线的扭力足以支撑平衡摆轮左右摆动。

没有了这根丝线，一切都无法实现。这根丝线采用几乎不受温度变化影响的合金材质，这种合金是由诺贝尔物理学奖获得者、来自瑞士的查尔斯·埃杜德·纪尧姆（Charles-Edouard Guillaume）发明的。合金丝在表厂经过人工秘密工序处理。

六千万台Atmos空气钟加在一起竟然不超过一只15瓦灯泡的能耗！机械运转是如此的完美，其齿轮构造无需上油。由于Atmos空气钟是针对千年以上的使用周期而设计的，因此润滑油老化太快。”

PS：评论里有指出文章里的混合气体——氯甲酸乙酯有高毒性的，我查证了一下，氯甲酸乙酯（化学式为ClCOOC2H5）确实有毒性，但实为液体。根据查证混合气体应为氯乙烷（化学式C2H5Cl），可能是腕表之家文章有疏漏。谢谢各位指正。

我来介绍一个可以做傅里叶分析的机器，简直酷炫到爆炸。从来没有想过傅里叶变换，在书本上这么抽象的东西，可以如此的有触感。

1. 100岁的机械计算机

2. 傅里叶级数合成

这台机器可以根据傅里叶级数的公式，来合成函数图像：

傅里叶合成 https://www.zhihu.com/video/1004106786642800640

3. 傅里叶分析

更加震惊的是这台机器居然可以做！！！傅里叶变换和傅里叶逆变换！！！简直帅炸了！

4. 操作与设置

大二的时候学院请来了一个中科院院士做讲座，一个将近七十岁的老头，据说研究了一辈子的机械加工。

八百人报告厅座无虚席，整个学院的学生老师都去了。副校长跟学院院长陪同，院士可能身体不太好，讲座的过程中时不时咳嗽，副校长见状还亲自给他披上外套。

开始讲的是机械发展，我国跟世界机械水平差异啥的。后面院士讲了他做过的一个项目，说把一个球状零件加工到粗糙度Ra小于0.01微米。

当时还没学机械精度设计，没有概念，心想这有什么，难道很牛吗？后来随着学习的深入，发现不是很牛，而是真牛逼。

可能专业外人士对这个没有概念。这里简单普及一下，便于理解。

Part1. 表面粗糙度

机械加工过程中会使用到刀具，砂轮等。在加工过程中会遗留刀痕，塑性变形使零件表面产生微小的峰谷。这些峰谷的高低程度和间距状况就叫做表面粗糙度，常用符号Ra表示。

上述公式中lr是取样长度，ln为评定长度，一般国标规定ln=5lr

Par2. 加工方法及工艺流程简述

常用机械加工方法一般有车、铣、刨、磨、镗、拉、插。

还有一种叫特种加工，是利用电能、热能、光能、化学能加工。一般加工传统方法难以实现的特征。

比如说加工一个很深而直径又特别小的孔，就可以用特种加工。

加工的零件之间牵扯到装配，所以对精度会有要求，精度达不到要求，装配就无法实现。

一般保证精度的工序流程是：

粗加工——半精加工——精加工

粗加工一般是上车床、铣床、镗床等，先加工出来一个留有一定余量的零件。

然后半精加工把余量进一步缩小。最后到精加工的时候余量就很小了，需要高精度的磨床。

而磨床加工精度从低到高分为：

粗磨——精磨——研磨

研磨精度从高到低：

超精研磨——镜面磨削

那位院士所说的加工方法就是镜面磨削。

而他做到了极致中的极致，Ra<0.01um

惊艳到你的诗词？

https://www. zhihu.com/question/2852 12032/answer/446036001

先审题。

问题强调了“纯机械时代”的概念。言外之意，还有“不纯”的机械。既然差分机被拿出来当“纯机械”的例子，显然，用电传递动力或信息就属于不纯。

那么，电力“腐蚀”机械，是从何时开始呢？

工业革命后的首批机械是蒸汽动力，人力操控（传递信息）。1840年左右，也就是鸦片战争前后，蒸汽工厂开了几千家，蒸汽铁路修了上万公里，是绝对的“纯”机械时代。这些非生物能量集中起来，已经能让欧洲人统治世界，让1千万人口的英国敢于殴打4亿人口的的中国。

不过，蒸汽机有两样坏处：

• 1 噪音和污染大。
• 2 机器笨重，燃料必须随身携带，占用功率。

对于固定工厂来说，这两个问题都不算严重，大不了选址到远离人群的郊区，挖运河用船运煤，所以蒸汽工厂还能持续几十年。

但是，在交通行业，这两个问题不可容忍——火车穿越繁华的城市，噪音和污染骚扰沿途人口；锅炉和煤车的重量更是利润的死敌。所以大家都急切地要发明新机械代替蒸汽机。针对蒸汽机的两个缺点，新机器的设计目标是：

• 1 噪音小，废气少。
• 2 机器轻便，尽量把能量来源放到交通工具之外。

根据传输方式的不同，1850年的欧洲人提出了四个方案。

第一个就是我们今天熟知的电力方案，发电厂提供能源，电线输出动力，电动机推动车厢。这个方案虽然可行，但在这个问题下属于异端，所以叉出去不讲。

第二个是内燃机方案，用轻便、废气少、噪音低的汽油（柴油）机驱动车厢。但19世纪的内燃机精度很差，而且缺乏足够的油料供应。20世纪的内燃机虽然精度高，但往往需要电力、电子设备辅助，所以……也叉出去。

第三个是缆车方案。在缆车站设置发动机，用很长的缆索拖动车厢。交通工具内部连发动机都没有，当然没有污染和额外负载。19世纪的时候，这个“纯洁”的机械模式应用颇为广泛：

十九世纪三四十年代，在伦敦到伯明翰，和伦敦到布莱克沃之间的铁路线上，地面缆车一度和蒸汽机车共同运营，互相竞争。但缆索再长也不能延伸上百公里，而且缆索会在反复扭绞下磨损，在经济性上还不如蒸汽机车。随着电力机车和内燃机车的出现，缆车只在少数坡道和风景区使用，属于次要方案，淘汰出局。

第四个解决办法，就是要重点讲述的气动管道方案。它比电力方案还激进，完全不需要在车厢里安装发动机，而且不需要拖着讨厌的电线，只需要把气流吹进管道，就能制造运动。

这个方案一度应用非常广泛，广泛到“电”、“气”并称。列宁同志说苏维埃+电气化等于共产主义，今天的大学依然有“电气工程”这门课。然而，在电子工厂辅助下，电力设备最终压倒了气动设备，很多电气工程的毕业生终其一生也没接触过气动元件或是气动管道。但它依然是在“纯机械”路上发展最远的一类机械。许多超大型气动设备从19世纪一直用到21世纪，中间不断的升级、维护、开发。和“杂种”电力机械相比，显然气动机械可以称为“纯机械”时代的巅峰。

气动机械的出现，和蒸汽机、电动机的发展几乎是并行的。1810年，伦敦商人George Medhurst发表了一篇题为“conveying letters and goods by air”的文章，第一次系统地阐述了气动管道运输的构想、原理和模型。而文章中所描述的一切，也均在之后的几十年中陆续变成了现实。

十九世纪三十年代，英国工程师William Murdoch在前人思路的基础上，发明了实用的气动式分发器。这一装置通过在一组直径几英寸的管子中通入压强不同的蒸汽，来推动/拉动管道中的圆柱形容器，容器内则可以放置信件之类体积小重量轻的物品。1836年，他向公众展示了一个基于这种分发器的小型的快速信件投递系统，但当时并未引起任何投资者的兴趣。

信息的时效性对于证券交易和投机的重要性不言而喻。在十九世纪上半叶，随着有线电报的普及，证券交易所成了电报局最大的客户之一。但电报局和交易所之间的路程，却变成了影响信息时效性的“最后一英里”瓶颈。1853年，工程师J. Latimer Clark于在伦敦的证券交易所和200米外的国际电报局之间，设计和安装了世界上第一条使用圆柱形容器的气动消息传输管，万里之外传来的电报就这样直接送到了交易员的手上。类似的系统很快也出现在了曼彻斯特，伯明翰，利物浦以及巴黎，柏林和纽约，成为气动管道最初的成功商用案例。

受此影响，1855年，当时的英国邮政局长罗兰希尔（就是那个发起英国新邮政改革，发行黑便士邮票，被誉为世界邮票之父的Roland Hill）委托两名工程师Gregory和Cowper，研究将气动管道的直径扩大到15英寸（约38.1cm），用于在邮政总局和西区中区的办公室之间传送邮件和包裹。他们在1856年提交报告称，虽然技术上完全可行，但所需的投资和运营成本太高，英国邮政局只好放弃了这个打算。

虽然英国邮政局放弃了气动管道方案，但却有人从中发现了商机。1859年6月，伦敦气动发货公司（London Pneumatic Despatch Company Ltd.）成立了。公司的董事会主席是白金汉公爵Richard Temple-Nugent-Brydges-Chandos-Grenville，时任英国首相Benjamin Disraeli的铁哥们，在技术方面则有Robert Stephenson（火车之父乔治•斯蒂芬逊的儿子，也被认为是蒸汽火车的共同发明者之一），Thomas Webster Rammell和Latimer Clark等著名工程师加盟。公司拥有25000英磅的自有启动资金，又通过发行股票募集了15万英镑的资本（总计约合今天的1500万英镑，上亿人民币），堪称人才济济、财大气粗。伦敦气动发货公司的商业目标，就是用快捷的气动运输管道，把伦敦的各个火车站与议会大厦、海关大楼、伦敦塔、英格兰银行、皇家造币厂等关键部门的邮政分拣中心连接起来。

1861年，伦敦气动发货公司在Battersea测试他们的气动传输管道系统。动力来自一台30马力的复合式蒸汽机，使用直径宽达21英尺的巨型离心式风扇向管道内送风，在管道内产生每平方英寸1至6盎司的压力。1863年，伦敦气动发货公司的第一条线路投入商业运营——从Eversholt街的分拣处向南延伸到Euston火车站，长1/3英里。

1865年，第二条从Euston火车站到Holborn的总站（系统的蒸汽机动力房就设在此处）的隧道开通（这条隧道后来又延伸到英国邮政总局）。为了庆祝，公司董事长、白金汉公爵Richard Temple-Nugent-Brydges-Chandos-Grenville，亲自坐进了运输车，从Euston火车站被“发射”到了Holborn，耗时5分钟。

虽然这一气动系统是被设计用来发送邮件包裹的，但仍然有一些胆子大的人，像白金汉公爵那样，搭乘这些像钢瓶一样的运输车通过地下管道进行短途旅行，这些“乘客”们普遍反映：管道内的空气即便在炎热的夏季，也总是保持着凉爽和清新，而且“车辆”运行平稳，几乎没有震动和颠簸，更没有地面上的交通拥塞之苦，碰撞也极少发生。看起来，这一交通方式会很有前途。

1867年，美国发明家比奇（Alfred Ely Beach）在美国协会展览上展出了气动列车的样车。在展览大获成功后，他开始着手在纽约曼哈顿的地下修建一条真正的气动地铁。1870年，比奇揭幕了他的杰作，这条展示意义为主的地铁立即成了民众参观的新奇景点，车站的装饰堪称奢华，有一架大钢琴，一个功能齐全，充满观赏鱼类的水池，屋顶垂下数盏树枝型装饰吊灯。铁道内有一节可以载客的车厢，直径9英尺，以每小时10英里的速度从沃伦街（Waren

Street）开到墨里街（Murray Street）。一个昵称“西方旋风”的巨型风扇借由蒸汽引擎，从阀门引进空气，再注入隧道，将车厢往前推进。当抵达墨里街车站时，车厢即碰触电线，让沃伦街的铃声响起。此时，执勤的工程师会将风厢风向倒转，将车厢再吸回沃伦街的车站去，“就像吸管吸可乐一般”。

1873年的股市崩盘无情地粉碎了比奇的气动地铁之梦，但他却成功地让当时的很多人相信这是下个时代的交通工具。连儒勒•凡尔纳也为自己笔下的主人公安排了乘坐气动管道列车横越大西洋的情节。

然而还没等到气动轨道系统被真正应用于载人，伦敦气动发货公司的邮政包裹管道系统已经陷入了技术和经济上的双重危机。受限于当时的工业技术水平，这些在尺寸上被一再放大的金属管道系统有着无法克服的固有缺陷：

• 1. 因为当时金属材料加工精度问题，气动管道密封性不够，导致在运行了仅短短几年后，管道内失压、脱轨事故便越来越频繁。而且因为是建在地下的封闭管道，运输车一旦失去动力，必须由工人在腰上系着绳子爬入管道中，将运输车系在支架上再拉出，非常耗时。更加倒霉的是，管道的密封性不好会导致渗水和积水，造成邮件的浸湿损毁。
• 2. 气动轨道的车站均位于地下室，在没有自动化装卸的时代，靠人工将大量的邮件包裹转入转出车站和运输车花费了大量的时间和人力，这也大大抵消了在运输过程中节省的时间。

1874年，英国邮政总局取消了与伦敦气动发货公司的合作。1875年，伦敦气动发货公司宣告破产。虽然1895年，有人尝试用新技术复兴伦敦气动管道系统，但在此之前的1879年，西门子已经制造出了电力机车。1890年，英国的电力机车开始了正式营业。平稳、快速、洁净、低噪音这些优点不再是气动轨道的专利了，倒是气动轨道相比普通铁路在建设、运营、维护方面的高昂成本成了致命的缺陷。

英国邮政总局最终采用了以专用的电气化邮政地铁作为干线，建筑内自建小口径气动管道作为补充的邮件传输方案。复兴伦敦气动发货公司的努力终究成了回光返照。1905年，重组后的伦敦发货公司破产并解散。此后，伦敦的地下气动管道系统要么被拆除，要么成了后来地下电缆铺设的通道。

虽然维多利亚时代的气动管道系统显得不够成熟，不适合作为一种大规模、远距离、客货通用的交通运输方式来使用。但同时代的另一些小口径气动邮政系统不仅同样做到了很大的规模，而且十分长寿：德国柏林与1865年开始使用气动管道邮递，直至1976年终止，管网总长度最长时达到400公里；法国巴黎的气动邮政管网始建于1866年，总长度于1934年达到最高峰的467公里，于1984年终止服务；而布拉格的气动邮政系统一直到2002年遭洪水破坏后，因为业务规模太小，整修成本过高，才终于宣布“寿终正寝”。

20世纪初，纽约邮局的气动管道邮件分发系统长43.4公里，跨越了布鲁克林大桥，一直运作到1953年。人们甚至一度构思过像铺设自来水管那样铺设直通千家万户的气送管，把邮件直接送到人们家里。这应该算作“纯机械”时代的巅峰。

即便在今天，气动管道传输也有一些其他模式无法取代的优点。比如路径封闭性和安全性，比如传输小件物品的便捷性，始终被人们所重视。特别是在传输的物品需要尽量避开其他人流物流，或者希望减少经手人的场合下非常有用，比如实验室检验样品、医院的处方药、银行的票据等等。“气动时代”虽然并没有成为现实，但在电力取代蒸汽动力成为新的工业时代的动力和能源时，气动技术仍然和电力技术一起，共同定义和开启了人类历史上的“电气时代”。随着现代通讯技术的普及，气动邮政系统成为历史的今天，气动管道传输系统仍然在银行、医院、工厂等一些地方被大量使用着。

今天的医用气动管道系统，虽然应用了许多现代技术成果，但基本结构和原理仍然和一百多年前基本一样：

气动传输系统除了在这些“小”的方面日新月异，“大”的方面，气动管道技术也仍然在尝试突破。随着材料工业的进步，“真空管道高铁”“超级高铁”等的概念在近些年再次被炒热。其中最著名的设想当属马斯克的超级高铁，这里就不多说了：

对比当年的伦敦气动分发公司和今天马斯克的超级高铁，可以发现，两者除了技术上有继承性外，商业模式上也颇有共同之处——都试图在部分关键技术尚未成熟的条件下先搞系统集成，再用看起来十分酷炫的概念去打动舆论、吸引投资；再用投资开发关键技术，最终抢占成套技术的制高点。如果关键技术迟迟卡在临门一脚，又或者人类点开了另外的科技树，整个发明创意体系就会成为博物馆展品。尽管如此，我们并不应该因此否定那些被时代淘汰的天才设计，更不应该忽视它们在新条件下复兴的可能性。

相关回答：

日本“Karakuri 木偶”，19世纪初制造的机械木偶，下图中的木偶在机械的控制下可以自主写毛笔字和射箭。由日本机械制造大师、发明家田中久重(Tanaka hisashige，1799～1881)制造，他是“东芝”的创办人。 ​​​​

故宫里也有一个会写毛笔字的机械。

现藏故宫博物院的“铜镀金写字人钟”。该钟高2.31米，为英国的Williamson专为清宫制作。底层的写字人，可以用毛笔书写“八方向化，九土来王”八个汉字。

也有资料显示该写字人钟的写字机械部分是由雅克德罗制造的

两百多年前，瑞士最古老的钟表品牌之一“雅克德罗”制造的极其精密的发条机械娃娃，可以画画、写字、演奏乐器。尤其是写字娃娃，极为惊人，会蘸墨水，会换行，背后的转盘可以控制其书写不同的字母，可以组合成任何句子，具备了一定的“编程”的概念。

维多利亚时代（1846年）由德国发明家 Joseph Faber 设计制作的“Euphonia”(美声裸鼻雀)Talking Head 机器，则尝试以纯机械的方式模拟人声。

这台机器的动力源自与脚踏板相连的风箱，采用一系列振动簧片来模拟语音中主要的元辅音，通过键盘调整舌和上下颚位置可以改变其咽腔截面积。它不仅能合成正常的语音和耳语，还能唱出“God Save the Queen”，在纯机械时代做到了让机器“像人一样开口说话”。

在当时， 她幽灵般的声音和空洞的凝视让很多参观者吓得夺门而出。 ​​​​

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而我小时侯却认为这种机械才是巅峰：