Zamek kołowy, jedyny wynalazek Leonarda

Według legendy wielki włoski artysta i wynalazca Leonardo da Vinci, umierając, błagał: „Powiedzcie mi, czy w ogóle czegoś dokonałem”. Historycy nie są wprawdzie zgodni co do autentyczności tej anegdoty, ale zdanie to pojawia się w notatnikach Leonarda, sugerując, że żałował, iż nie dokonał w życiu więcej.

Kwestię tego, jak wiele Leonardo osiągnął w ciągu 67 lat swego życia (1452–1519), podnoszą obecnie na nowo historycy techniki epoki odrodzenia. Kiedy jego rękopisy opublikowano po raz pierwszy pod koniec XIX wieku, czytelników zadziwiły stronice zapełnione szkicami wynalazków zrealizowanych dopiero po upływie stuleci. Jednakże od połowy XX w. poglądy w tej sprawie uległy pewnej zmianie. Tacy badacze jak Bertrand Gille czy Leonardo Olschki dowodzili, że da Vinci w dużej mierze opierał się na wcześniejszych renesansowych manuskryptach technicznych, i sugerowali, iż jego dorobek nie był oryginalny.

Po odkryciu w latach 60. XX w. dalszych notatników Leonarda i opublikowaniu ich pod tytułem Kodeksy Madryckie wynalazcy przywrócono dobre imię. Pierwszy redaktor owego zbioru, włoski historyk Ladislao Reti, kontynuator jego dzieła Augusto Marinoni oraz zamożny amerykański kolekcjoner i historyk Bern Dibner znaleźli w tych rękopisach przykłady oryginalnych projektów i eksperymentów Leonarda. Nadto badacze odkryli dowody, że ówcześni rzemieślnicy wykorzystywali niektóre z jego pomysłów we własnych konstrukcjach. Niemniej nadal otwarta jest kwestia, czy którykolwiek z podstawowych wynalazków Leonarda da Vinci został zrealizowany za jego życia. Wydaje się, że stało się tak przynajmniej z jednym – z zamkiem kołowym.

Jak to działa

Zamek kołowy to niewielkie urządzenie metalowe dostarczające iskry do zapłonu prochu strzelniczego. Jego nowoczesną wersję znajdujemy w większości zapalniczek. W czasach Leonarda wszakże używano go głównie w ręcznej broni palnej niewielkich rozmiarów, którą mogła przenosić i obsługiwać jedna osoba, na przykład w muszkietach. Broń taka składała się z trzech części: rzeczonego zamka, łoża i lufy. W długiej cylindrycznej lufie znajdowały się proch i kula, z niej też padał strzał. Zamek był z tyłu, na końcu lufy, a drewniane łoże łączyło dwie pozostałe części.

Niektóre elementy zamka kołowego przypominają części zamka do drzwi; podobieństwo to zapewne tłumaczy pochodzenie jego nazwy. Zamek kołowy składa się ze stalowego koła, którego oś jest połączona łańcuszkiem z bardzo mocną sprężyną płaską, płytkową. Łańcuszek i sprężyna służą do „nakręcania” zamka tak, by był gotowy do strzału. Kiedy zamek zostanie do końca nakręcony, koło jest utrzymywane w odpowiedniej pozycji przez zapadkę (często zwaną zaczepem spustowym), którą zwalnia pociągnięcie języka spustowego. Wówczas koło zaczyna wirować, trąc o twardy kamień, zazwyczaj kawałek pirytu, dociskany do niego mocno przez inną sprężynę. W trakcie tego procesu ciepło powstałe w wyniku tarcia doprowadza odpryski pirytu do żarzenia. Karbowany brzeg koła wchodzi od dołu przez specjalną szczelinę do pojemniczka na proch, zwanego panewką. Pod wpływem iskier dochodzi do zapalenia prochu na tej panewce, skąd płomień poprzez kanalik zwany zapałem, wywiercony w panewce w ścianie lufy przechodzi do umieszczonego w jej wnętrzu właściwego ładunku prochowego, powodując wybuch i wystrzelenie kuli.

Kilka zachowanych szkiców Leonarda skłoniło niektórych badaczy do wyrażenia poglądu, że to on wynalazł zamek kołowy. Inni wszakże utrzymują, że najdawniejsze udokumentowane przypadki produkcji zamka kołowego znaleziono bardziej na północ, w dzisiejszych Niemczech. Badacze owi uważają, że da Vinci naszkicował swoją wersję tego urządzenia dopiero wtedy, gdy dowiedział się o osiągnięciach niemieckich.

Do pewnego momentu trudno było rozstrzygnąć tę kwestię na podstawie dostępnych świadectw. Pierwsze niemieckie rysunki zamka kołowego z początków XVI wieku wydają się współczesne szkicom Leonarda, a interpretacja odpowiednich jego zapisków, podobnie jak nielicznych zachowanych egzemplarzy broni palnej z tego okresu, również nastręcza trudności. Dopiero ostatnio uzyskano dowody, że da Vinci zaczął pracować nad zamkiem kołowym około 1493 roku. Wygląda zatem na to, iż właśnie jemu należy przypisać zasługę dokonania tego wynalazku.

Jak to się robi

Przeanalizowałem drobiazgowo wczesne zamki kołowe z mechanicznego punktu widzenia, zwracając szczególnie uwagę na kształt ich poszczególnych elementów. Wygląda na to, że Leonardo da Vinci przystosował elementy innych mechanizmów, nad którymi pracował w latach osiemdziesiątych i 90. XV stulecia – takich jak zamki do drzwi i rowery – składając je razem w całkiem odmienny sposób, by stworzyć zamek kołowy.

Przyjrzyjmy się pierwszej stronicy kompilacji rękopisów Leonarda zatytułowanej Kodeks Atlantycki, przechowywanej w Mediolanie. Przedstawia ona szkice różnych rodzajów łańcuszków i sprężyn stosowanych w zamkach kołowych. Wszyscy badacze twórczości Leonarda są zgodni, że z rysunków tych wynika, iż urządzenie to było mu znane. Na stronie tej znajdują się również szkice dłut o ostrzach w kształcie litery V używanych do obróbki drewna. Widocznie Leonardo próbował przystosować je do skrawania metalu.

Owe rysunki dłut zasługują na szczególną uwagę. Forma ostrzy dłut miała zapewnić odpowiedni wykrój (zbliżony do odwróconej litery V) żłobków na obrzeżu koła, przypominających gwint śruby. Tego rodzaju żłobki są typowe dla wczesnych zamków kołowych. Co więcej na obrzeżach kół znajduje się zwykle jeszcze jeden rodzaj bardzo wąskich żłobków wykonanych pilnikiem – biegną one w poprzek gwintów na obrzeżach i są rozmieszczone tak, by tworzyć zestaw malutkich ząbków, przypominający te, które znajdują się na pile tarczowej. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że rozmieszczono je w sposób zbyt skomplikowany, ponieważ do każdego takiego żłobkowania trzeba było dopasować również szczelinę w dnie panewki. W dodatku krzyżowanie się żłobków mogłoby utrudniać zapłon.

Zalety takiego schematu okazały się jednakże oczywiste, kiedy po przebadaniu pewnej liczby podobnych kół stwierdziłem, iż powstałe ząbki rzeczywiście przypominają te, które znajdują się na tarczowej lub obrotowej pile do cięcia metali. Takie koło może rzeczywiście wyciąć szczelinę w dnie metalowej panewki, zawierającej prochową podsypkę, zapewniając dokładne dopasowanie. Wyjątkowo duża szczelność była tutaj konieczna, gdyż do podsypywania na panewkę używano prochu bardzo drobnoziarnistego, miałkiego; jeśli więc rusznicą potrząsano (np. podczas jazdy konno), proch mógł się z niej wysypać przez niewielką nawet szczelin ę między kołem a panewką.

XV-wieczna obróbka piłą była bardzo powolna – wiele godzin trwało wówczas to, co nowoczesnym frezarkom zajmuje sekundy – ale jej dokładność jest porównywalna z dzisiejszą. Bez trudu zachowywano wówczas tolerancje rzędu 0.3 mm.

Zanim odkryto wspomniane rękopisy pierwsze użycie pił tarczowych do metali datowano na lata czterdzieste XVI stulecia, kiedy da Vinci od dawna już nie żył. Wydaje się jednak, iż jemu należy przypisać ich wynalezienie – zasługę niemałą, zważywszy, że wyposażona w takie narzędzie nowoczesna frezarka jest dziś jedną z najważniejszych maszyn produkcyjnych.

To, że Leonardo zajmował się sprężynami, łańcuszkami i ostrzami do skrawania metali, dowodzi, że znane mu były elementy składowe zamka kołowego. Pytanie, kiedy je złożył, wynajdując urządzenie, pozostaje otwarte. W 1493 roku da Vinci zatrudnił niejakiego Giulia Tedesco, zwanego także Juliuszem Niemcem, który działał przez kilka lat w jego pracowni w Mediolanie. Badacze nie wiedzą dokładnie, kiedy Giulio wyjechał z Mediolanu, ale prawdopodobnie stało się to najpóźniej w 1500 roku. Ze wzmianek w notatkach Leonarda wynika, że specjalnością Giulia były między innymi zamki do drzwi oraz inne mechanizmy poruszane przez sprężyny, jak kusze czy nożyce.

Jaki to przełom

Rysunki zamków do drzwi i skrzyń, które sporządził da Vinci w tym samym czasie, zawierają elementy bardzo zbliżone kształtem do części zamka kołowego. Podobieństwa te zdają się wskazywać, że zamek kołowy stworzyli wspólnie Leonardo i Giulio w połowie lat 90. XV wieku. Powróciwszy z Mediolanu do ojczyzny, Juliusz Niemiec mógł zrealizować ów pomysł. Wyjaśniałoby to pojawienie się zamka kołowego w tym rejonie w pierwszych latach XVI wieku.

Historyk Claude Blair, dawny pracownik londyńskiego Victoria and Albert Museum, odkrył ważną dodatkową przesłankę, która poświadcza wynalezienie zamka kołowego przez Leonarda. Ustalił mianowicie, że w mieście-państwie Cividale w prowincji Friuli w północnych Włoszech zaczęto wytwarzać zamki kołowe najpóźniej w 1510 roku, a prawdopodobnie kilka lat wcześniej. Da Vinci pracował we Friuli przez jakiś czas, dokonując pomiarów związanych z fortyfikacjami na miejscowym zamku już około 1500 roku, a więc wcześniej niż datowane są jakiekolwiek roszczenia niemieckie dotyczące wynalazku.

Kwestia pionierstwa Leonarda nie wyczerpuje wielu innych pytań związanych z pochodzeniem zamka kołowego. Podczas badań poznałem pewne szczegóły wykorzystywania przez da Vinci istniejących już mechanizmów do konstruowania nowych urządzeń. Zabiegi te widać wyraźnie, jeśli wnikliwie przestudiować jego szkice bicykli oraz zamków do drzwi.

Do otwierania konstruowanych przez siebie zamków, których działanie oparte było na docisku silnych sprężyn, Leonardo stosował niekiedy – niezależnie od normalnych kluczy – tzw. klucze napinające, służące do naciągania sprężyn. Miały one zwykle kształt nakrętki skrzydełkowej lub motylkowej, często z otworami w obu skrzydełkach. Tego rodzaju klucze do napinania, zamontowane na stałe, miały też niektóre z wczesnych zamków kołowych. Inne podobieństwo między zamkami do drzwi i zamkami kołowymi projektu Leonarda to zapadki utrzymujące sprężyny w napięciu. Według jego szkiców zapadki te w obu przypadkach formowano w kształcie sztabek – z trójkątnym występem z jednej strony oraz, dodatkowo, z małym zębem z drugiej strony.

W latach 90. XV wieku da Vinci pracował również nad projektem roweru. Niektóre łańcuchy z płaskich ogniw oraz mechanizmy hamulcowe, jakich w nim użył, znalazły też zastosowanie w zamkach kołowych. Nie dokończony szkic roweru, znaleziony w notatnikach mistrza, przypisywano jednemu z jego uczniów, ale obecnie uważa się, iż odzwierciedla on wcześniejsze przemyślenia Leonarda, jeśli idzie o rower i jego części. Rysunki te przedstawiają sporo problemów – zwłaszcza dotyczących pedałów, układu kierowania oraz mechanizmu łańcucha napędowego.

Wraz z moimi dawnymi studentami z Purdue University – Edwardem Blessmanem, Jimem Bryantem i Kylem Datesmanem – zinterpretowałem dodatkowe własnoręczne szkice Leonarda z lat 90. XV stulecia, co pozwoliło nam zrekonstruować wymyślny system kierowania, w który wyposażył swój rower. Na dwu stronach Kodeksu Madryckiego widnieją ilustracje części składowych tego systemu oraz projekty eksperymentalnego łańcucha napędowego. Nadto da Vinci narysował coś, co sprawia wrażenie systemu wolnego koła, umożliwiającego jazdę bez pedałowania. Znamienne, że zarówno łańcuchowe mechanizmy napędowe, jak i sprężynowe urządzenie hamulcowe tego roweru pojawiaj ą się w jego pierwszych zamkach kołowych.

Wynalazek zamka kołowego był naprawdę doniosłym osiągnięciem. We wcześniejszych zamkach broni palnej (lontowych) wykorzystywano zewnętrzne źródła ognia (takie jak rozżarzone węgle czy zapalone lonty), by spowodować zapalenie prochu. Po wprowadzeniu zamka kołowego można było mieć broń palną ukrytą, lecz gotową do strzału, bez zwłoki koniecznej do zapalenia lontu. To udogodnienie zmieniło nieodwracalnie rolę, jaką broń ta odegrała w społeczeństwie.

Pierwszy odnotowany nieumyślny wystrzał rusznicy (wynalezienie zamka kołowego zwiększyło prawdopodobieństwo takich wypadków) wydarzył się w 1515 roku w Konstancji w Niemczech. Oryginalny opis tego wydarzenia pozostawił ówczesny pisarz niemiecki, Wilhelm Rem. Pewien człowiek nazwiskiem Laux Pfister najął prostytutkę, a „kiedy była z nim w pokoju, podniósł nabitą rusznicę, o zamku tak skonstruowanym, że przy naciśnięciu mechanizmu sama wypalała”. Pfister bawił się bronią, aż wystrzeliła i kula przebiła kobiecie podbródek. Za karę musiał pokryć koszty leczenia i zapewni ć jej dożywotnio stałą roczną rentę.

Rosnąca liczba strzelb z zamkiem kołowym, którymi wymachiwali rozbójnicy, skłoniła władze do wydania edyktu zakazującego produkowania i używania zamków kołowych. Z przekazów wszakże wynika, że zarówno rusznikarze, jak i posiadacze broni obchodzili te przepisy i na dłuższą metę tego rodzaju próby sprawowania nad nią kontroli okazały się daremne. Tak prozaiczne czynniki, jak koszty, niezawodność i popyt na strzelby z zamkiem kołowym, zadecydowały o tym, w jaki sposób urządzenia te były dalej używane.

W następnych wiekach postępy w wytwarzaniu broni palnej miały wpływ także na inne dziedziny. Najważniejszym osiągnięciem była niewątpliwie technika produkcji masowej z możliwością wykorzystywania części zamiennych. Z tak skromnych początków, jak dopasowanie obracającego się kółka do panewki na proch, powstało tak wiele, że z pewnością można twierdząco odpowiedzieć na pytanie Leonarda, czy w ogóle czego ś udało mu się dokonać.

Artykuł ukazał się w „Świecie Nauki” 3/1998.
Tłumaczył Bolesław Orłowski
Tytuł oryginalny: „Leonardo a wynalazek zamka kołowego”.
Tytuł polski, lead i śródtytuły pochodzą od redakcji pulsara.