機器人史前史──江戶時代的機關人偶與機械設計書

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文/小崎熊 譯/黃薇嬪
協力/北里大學名譽教授 立川昭二

江戶時代 (1603~1867年),「和時計(日本鐘)」、「機關人偶」等當時的尖端科技,廣為民所好奇、憧憬及接納。

「機關」這個詞在當時寫成絡操、唐操、機巧、機關、關捩、關鍵、巧機等各式各樣的漢字,這也代表民眾普遍對這個東西深感興趣。

而「機關裝置」這門學問,在江戶時代首次由「機關半藏」集結成「書」的形式出版,書名就叫做《機巧圖彙》。

鎖國時期帶來的和平促成機械技術進步

十八世紀後期,歐洲有了以蒸汽機做為生產動力的工業革命,機械技術因此急速發展。同一時期的日本正是江戶時代。鎖國(1633~1854年) 限制了與外國的往來,因此沒能夠受到工業革命的影響。從這個角度來說,也可以解釋成日本的機械技術是因為鎖國而延遲了發展。

但是,江戶時代的機械技術在鎖國之下,仍然自行發展出不同於歐洲工業化的「機關技術」。以西方傳來的時鐘構造為基礎,日本製造出和時計(日本鐘)、機關人偶,這些發明深深扎根於承平時期的日本百姓生活與樂趣之中。

其原因之一被認為是機關技術的公開。原本機械技術存在於只傳弟子、不傳外人的「祕笈」。這項習俗被 1796 年出版的全套三冊技術書給打破,技術成了公開的知識。這本書就是「機關半藏」所寫的《機巧圖彙》。

萬能科技人「機關半藏」

「機關半藏」本名細川半藏賴直,他是江戶時代的萬能科技人,擅長天文學、曆法學、儒學、發明、技術等各式各樣領域的學問。 1750 年左右,他以現在的高知縣南國市的鄉紳之子身分誕生,學習儒學與天文學的同時,也從父親那兒學到工藝技術等,從小就發揮他的聰明才智。另外也憑著自學練就機關裝置的技術。

(圖一:奉茶人偶) 圖說:據傳是細川半藏製作的「奉茶童子」人偶。但是,調速區的位置、前輪的結構等都與《機巧圖彙》裡記載的內容不同。(高知縣立歷史民俗資料館館藏)
(圖一:奉茶人偶)
圖說:據傳是細川半藏製作的「奉茶童子」人偶。但是,調速區的位置、前輪的結構等都與《機巧圖彙》裡記載的內容不同。(高知縣立歷史民俗資料館館藏)

半藏在 1791 年將鄉紳的位子讓給兒子繼承,並將自己的決心──「如果我沒能夠聞名天下,就再也不會回鄉」──刻在村邊的橋柱上之後,便啟程前往江戶。

他在江戶研究天文曆法學;幕府為了進行改曆,從全國各地招募優秀的天文曆法學家,而他也是其中之一。他致力於打造「寬政曆」。但是半藏在完成的前一年,也就是1796年便過世。

前面簡單介紹了半藏的足跡,事實上關於半藏的資料幾乎沒有留下。他的生平、功績有許多不明之處,死亡原因也據說是遭人怨恨而下毒殺害,不過這點也無法確定。

然而,他的其中一項功績以具體的形式流傳下來了,也就是半藏在江戶撰寫的機械設計書《機巧圖彙》。

機械技術入門書是日本成為技術大國的土壤!?

半藏以簡單明瞭的方式公開密傳的技術,不難想像當時的機械工匠會出現什麼樣的反彈。但是,《機巧圖彙》裡記載著半藏「期待後人從中能掌握住新發明、新發現的契機」,也可從中窺見他的為人。

半藏雖然沒能來得及見到這本書問世,不過後來的技術士多以這本《機巧圖彙》當做入門書,打造出許多獨創的機關裝置。技術日漸普及,也促使更多工匠繼續發展。一般認為這也是日本在明治維新之後,能夠有彈性的因應接二連三來自海外的先進技術的原因之一。

換個角度想,如果說半藏的期望與《機巧圖彙》就是日本能夠有今日成長、成為「技術大國」、「機器人先進國家」的基礎,也絕非言過其實。

《機巧圖彙》裡提到了什麼內容?

細川半藏撰寫的《機巧圖彙》影響了許多技術士,全書共分為首卷、上卷、下卷三冊,各冊的內容分別是:首卷是掛鐘、櫓鐘等日本鐘的設計圖;上、下兩卷則是包括「奉茶童子」在內的 9 種機關人偶製作方式。

(圖二:日本鐘) 圖說:一般認為是細川半藏製作的日本鐘(櫓鐘,圖右)與《機巧圖彙》首卷的櫓鐘內部構造圖(圖左)。立體透視圖在當時很罕見,也是最理想的設計圖。(高知縣立歷史民俗資料館館藏)
(圖二:日本鐘)
圖說:一般認為是細川半藏製作的日本鐘(櫓鐘,圖右)與《機巧圖彙》首卷的櫓鐘內部構造圖(圖左)。立體透視圖在當時很罕見,也是最理想的設計圖。(高知縣立歷史民俗資料館館藏)

書中的圖示包括整體圖、平面圖、分解組合步驟,十分詳細。如此仔細的機械工學書不僅在這個時代的日本,在當時的世界上也找不到任何一本,可說相當稀有。 關於材料的部分,列的都是用鯨鬚做發條等在當時容易找到的材料。而且從利用沙子和水銀、拉高磁鐵動力源物體的機關裝置等,也能夠看見半藏原創的點子。

當時應該也有人可以超越半藏的技術能力,但是他將技術歸納整理成為人人都能輕鬆看懂的形式,這是莫大的功勞。後來的偉大機關師大野弁吉(1801~1870年)、田中久重(1799~1881年)也被認為是學習自《機巧圖彙》,因此這本書被稱為是機關裝置經典也不為過。另外,到了現代,也有人把《機巧圖彙》當教科書,製作並重現書中內容,證明這本書的精確性。

影片說明:重現《機巧圖彙》上卷最後介紹的「連動翻身」人偶。兩尊人偶抱著灌入水銀的棒子,轉動著下階梯。兩尊人偶身上綁著線,能夠讓來到上方的人偶在半空中翻身。

本文摘自/親子天下出版《大人的科學:迷你奉茶童子》