达·芬奇设计的炮舰

达·芬奇设计的巨弩

达·芬奇设计的飞行器

　　杨昌平

　　提起达·芬奇，首先让人想起的就是他在绘画上的成就，其最有名的画作是《蒙娜丽莎》和《最后的晚餐》。肖像画杰作《蒙娜丽莎》代表了达·芬奇的最高艺术成就，目前是巴黎卢浮宫的镇馆之宝。《最后的晚餐》同样享有盛誉，目前收藏于意大利米兰圣玛利亚德尔格契修道院。

　　不过，如果您以为达·芬奇仅仅是一名有杰出成就的画家，那就大错特错了。这位欧洲文艺复兴时期的怪才涉猎甚广，他不但在绘画上天赋出众，而且在机械、军事、建筑、数学等多方面都有创造性的成就。正在清华大学艺术博物馆内展出的60幅《大西洋古抄本》真迹，就是达·芬奇的杰作，其中包含了机器人、大炮、飞行器、起重机、挖掘机、潜水设备、液压泵、印刷机、

　　布机、巨型十字弓、自动行走的小车、大楼、平面几何等多种手绘图。 可惜的是，达·芬奇的大部分奇思妙想，都只是在绘图板上“虚度光阴”。他设计的、目前仍在使用的唯一原物是米兰附近的水闸。

　　更让人惊叹的是，达·芬奇的手稿可不仅仅是这60幅。目前已知的保存于世的达·芬奇手稿，仍多达6000多页，内容涵盖绘画、音乐、建筑以及天文、地质、数学、物理、医学等诸多领域。直到五百余年后的今天，这些充满奇思妙想的手稿，依然引发世人无尽的关注与遐想。

　　分析这些手稿，达·芬奇的才华称得上“怪”与“全”，甚至让人怀疑他是不是那些热门剧中的“穿越者”。否则的话，他的脑海里为何会产生那么多的超前思维呢？

　　1 6000页手稿的坎坷之旅

　　清华大学艺术博物馆所展出的60幅《大西洋古抄本》手稿真迹，全部来自创建于1609年的米兰昂布罗休图书馆，该图书馆共收藏有《大西洋古抄本》1119页手稿，是达·芬奇手稿中数量最多的一批，主要涵盖了达·芬奇从1478年至去世前的工作与生活经历。

　　一如它们的主人，《大西洋古抄本》同样经历了跌宕起伏的传奇命运。1519年，达·芬奇在法国去世。在达·芬奇被安葬于昂布瓦斯的圣弗洛伦庭教会的修道院之后，他的遗嘱也被公布，包括手稿在内的所有藏书、关于其艺术与代表画家声誉的工具及肖像画，都留给他最为信赖的学生、26岁的弗朗西斯科·梅尔兹，以回报其过去的服务和帮助。梅尔兹一直小心翼翼地将这些手稿保存在他位于米兰近郊的别墅中。在梅尔兹去世后，这笔巨大的遗产无数次遭到了贵族和艺术商们的争抢，其中雕塑家彭佩欧·莱奥尼在16世纪末从梅尔兹的继承人手中获得了大部分达·芬奇的手稿，并将这些手稿与当时正在制作的地图册装订在了一起，这也是这批手稿以“大西洋”命名的主要原因。

　　莱奥尼对于手稿的编排并未按照学科进行分类，而是更多将着眼点放在了视觉与审美方面。莱奥尼在1610年去世后，他的继承人坡里多罗·卡尔奇得到了手稿，又在1625年把它卖给了伽里阿佐·阿克那提伯爵。到此时为止，人们已得知达·芬奇的手稿留存于世，并且价值连城。1636年，阿克那提把《大西洋古抄本》以及十一卷其他的达·芬奇作品捐给米兰昂布罗休图书馆。

　　但是，1796年，拿破仑打败了意大利。他声称这些手稿是战利品，并把《大西洋古抄本》带到法国国家图书馆，其他作品被送至巴黎的法国研究院。拿破仑在1815年战败后，在卢浮宫中呆了17年的《大西洋古抄本》才被送回昂布罗休图书馆，现在它被分作十二卷，从莱奥尼的册子里分出来并妥当地重新装裱。

　　保存在米兰的并非达·芬奇的全部手稿，有一部分手稿流落到了英国，换了多个主人。如今，在英国的部分手稿分别散落在温莎皇家图书馆、大英博物馆、维多利亚和阿尔伯特博物馆。还有部分达·芬奇手稿被称为《莱斯特抄本》，目前归比尔·盖茨所有，每年在全世界不同的城市展览。尽管达·芬奇大多数的发明在他的生平并未实现，但IBM出钱制作了许多模型，在昂布瓦斯的克洛斯宅达·芬奇博物馆展示。

　　显而易见，保存下来的达·芬奇手稿仅是一小部分。因为达·芬奇一生喜欢做笔记，他记录过的手稿，已知的就有1.3万多页。而在他手稿的最后一页，文字突然以“等等”中断，达·芬奇再也没有回来完成这件手稿。

　　2 自动小车的探索之路

　　遥想15世纪的某一天，一辆双轮马车在佛罗伦萨的石子路上缓慢地前进着，坐在马车中的达·芬奇幻想着有一辆自动行驶的车子载着他到处漫游。回到家后，他站在窗前，望着不远处的钟楼，“铛”钟楼敲起清脆的钟声，唤醒了沉浸在想像中的达·芬奇。“钟为什么能敲呢？因为里面有发条作动力，那么能不能用发条试试自动行驶的车？” 达·芬奇转身坐在桌子前，把他的设想画在纸上，第一张以发条为动力的自动行驶车辆的设计图纸在他手中诞生了。但是，他的理想留在了纸上，却没有变成现实。

　　清华大学艺术博物馆中就展示了这张图纸，叫作“对自动行走小车的研究”，这张图是《大西洋古抄本》中比较著名的手稿，由此，有人将达·芬奇视为现代汽车的先驱。与锡耶纳人之前的先例相比，达·芬奇设计的小车的新奇之处在于，它使用机械来代替畜力驱动。既然是机动车，就要考虑动力问题，达·芬奇在机动车中部安装了两根弹簧以解决这个问题。人力转动车的后轮使得各个齿轮相互咬合，弹簧绷紧就产生了力，再通过杠杆作用将力传递到轮子上。

　　那么怎么控制车速呢？达·芬奇也想到了。他在车身上安装了一个圆盘装置，圆盘表面设置了很多方形的木块，和每个轮子连接的铁杆的另一端与圆盘相接，这就是用于控制车速的装置。圆盘上放置的木块数量越多，与铁杆之间的摩擦就会越大，阻力也越大，轮子的运转速度越慢，行驶的距离越长。

　　当然，达·芬奇也想到了刹车装置。位于齿轮之间有一个木块，拉动绳索将木块卡在齿轮之间，车就可以停止。不过，这辆汽车不能载人，因为仅靠弹簧的动力根本无法行驶很长的距离。

　　类似的弹簧也在十五世纪的最后十年间被用于手稿所示的飞行器中，这证明了达·芬奇倾向于将相同的原理使用在不同的研究领域。而根据后人的研究，达·芬奇的天才之处还体现在他是第一个使用差速齿轮的人。

　　对于达·芬奇设计的这种自动行走的小车，达·芬奇博物馆主任罗曼罗·南尼认为，它看上去就像一辆无篷四轮马车和巨型手表内部以及推车加农炮的综合体。南尼还猜测，达·芬奇设计这辆车的原因是为了给某些人留下深刻的印象，比如到意大利访问的外国国王等。

　　3 他梦想像鸟儿一样飞翔

　　众所周知，飞机是莱特兄弟在1903年发明的。在莱特兄弟之前，有许多试图像鸟儿一样在天上翱翔的先驱者，就曾尝试着制造各种各样的飞行器。而怪才达·芬奇也不例外，清华大学艺术博物馆展出的60幅手稿中，就有多张达·芬奇关于飞行器的设计图。

　　一张名为“机械飞行器的研究”的手稿，是达·芬奇在1483年至1486年之间绘制的。根据达·芬奇的设计，飞行员呈俯卧状态，机翼如同有力振动的手臂一样在活动。飞行器上有两个环，一个位于颈部，另一个在腰部，它确保了机器的有效空间和机翼的运动，并通过手脚并用的操纵来实现机翼活动；飞行员的手上持有两个手柄，通过它们可以举起双翅，而用双脚夹住一个绳子时，飞行器就可以下降。达·芬奇设想，在飞行的过程中，能否解放一只手？他提醒说，两个手柄可以由一只手来紧握，这样有可能仅凭一只手来操纵飞行。

　　达·芬奇甚至设计了飞机螺旋桨模型，根据美国纪念飞行百年委员会有关早期直升机技术的报告，他的这一设计诞生于1493年，采用螺旋形旋转面，由铁丝和亚麻布制成，使用淀粉密封，由人力驱动。这种螺旋桨也被称之为“气动陀螺”，是世界上第一个旋翼飞机设计。然而，这一设计最终成为一只不会飞的鸟。美国纪念飞行百年委员会表示，单靠肌肉的力量很难操纵直升机，无法应对螺旋推进器产生的扭转力。

　　很多时候，达·芬奇的研究和创作多是兴之所至，诚如南尼所说，有可能是他随手涂鸦。但是，他对飞行器，或者说飞翔现象的研究却系统而长远。与后世发明的固定翼飞机相比，达·芬奇的思路完全不同。他认为真正的飞行应该是像鸟类一样，通过扑扇翅膀，在空中自如地活动。他试图以机械装置模拟鸟类飞行动作，为人类添加一对可操控的翅膀。

　　达·芬奇对机械飞行的研究可以被划分为两个阶段，第一阶段涵盖了他在米兰时期的研究，主要是人体需要多大的力量才能通过拍打翅膀来操作飞行器；第二阶段大约在公元1500年，他返回佛罗伦萨，并开始重点研究鸟类的飞行，希望能从形式和功能上对鸟类进行模拟并制造出飞行器。

　　“鸟类飞行手稿”是达·芬奇最令人惊叹的针对鸟类飞行所画的视觉演示。鸟儿在空间和时间上的不同运动轨迹是由翅膀、尾巴和身体在一系列不同的位置所表达出来的，对应着鸟儿重心的连续位移以及方向上的变化。达·芬奇添加了一些螺旋状线条来追踪其在空中的飞行路径，与表示风的那些黯淡、平行的线条形成了对比，达到了一个高度动态的效果。手稿上的文字描述了鸟类在空中移动的不同方式，特别是它们利用风力，无需扇动翅膀就可以上升。这一手稿展示了达·芬奇在飞行器研究上的探索之路。

　　4 未曾面世的战争机器

　　在醉心于艺术创造的同时，达·芬奇也有不为人知的另一面。他的最富裕的支持者之一是卢多维科·斯福尔扎，也即米兰公爵。斯福尔扎家族是意大利文艺复兴时期以米兰为中心的统治家族，也是当时著名的艺术赞助人，资助过包括达·芬奇、米开朗基罗在内的文艺复兴巨匠。斯福尔扎在15世纪末因保卫他的国家意大利、反对入侵的法国军队，而被迫前往德意志避难。

　　在达·芬奇的手稿中，有众多的可以用于战争的武器草图。一个文艺巨匠，为何会有深厚的兴趣来设计武器？后人多有猜测，这些武器有可能是出于赞助者斯福尔扎的要求而设计的，可惜的是，战争的进展很快，达·芬奇设计的武器并未能应用到战争之中，意大利就失败了，而他的设计手稿也就束之高阁。

　　清华大学艺术博物馆展出的60幅手稿中，涉及武器的就有13幅，分别是：排架石弩和巨弩、大型垂直弯梁石弩、多管石弩、巨型十字弓、大型投石器设计和重复十字弓、城堡围攻用装甲升降机、带有螺纹后膛的大炮、制造大炮炮管的机器、燧发枪装置、制作大炮棍杖的机器、大炮用螺栓、皮翁比诺防御工事地图、装有大炮的加固型战舰等。短时间内能设计出如此多的武器装置，直让人感叹，达·芬奇啊达·芬奇，你的本职工作究竟是画家，还是武器研发者？

　　如果说达·芬奇关于机器人、飞行器的设计极度超前的话，那么他设计的装甲车应该说是坦克的鼻祖了。他设计的装甲车是一个由人力推动的、覆盖金属板的工具车，其金属缝隙可以使得意大利士兵在用武器射击目标的同时，避免遭受敌人炮火的袭击。就像他的飞行机器一样，达·芬奇的装甲车从未被制造出来。直到400年后，在第一次世界大战期间，装甲坦克才成为欧洲战场的武器装备。当然，后世坦克的出现，也是源于动力得到解决。

　　虽然达·芬奇设计了如此之多的武器装备，但是，千万别以为他就是个“战争狂人”。“我能制造迫击炮，这种轻型火炮功能强大，而且异常精美。它们与您以前见过的任何武器都不一样。” 达·芬奇在手稿中写道。他总共设计出了数百种武器，这些武器都能以最残忍、最野蛮的方式杀戮和残害人类。但没有证据表明达·芬奇设计的这些大型武器都被制造出来，尽管达·芬奇喜欢设计这些杀人机器。古抄本显示，他非常讨厌战争，他在巨作《安吉里之战》中，揭露了暴力的残忍。

　　补白

　　500年后根据手稿制造出“机器武士”

　　除了自动行走的小车，达·芬奇还设计了多种机械设备。南尼说：“达·芬奇老的时候，把更多的精力从艺术上转到了机械设计上，他随手涂鸦了很多小东西。”实际上，南尼说得太保守了。达·芬奇不但“涂画”了汽车，他还“涂画”了飞行器、潜艇、坦克、机器人、降落伞、吊桥，还有许许多多当时看来毫无意义，直到几个世纪后，才让人们发现其超前之处。

　　达·芬奇在手稿中绘制了西方文明世界的第一款人形机器人，他赋予这个机器人木头、皮革和金属的外壳，而如何让机器人动起来，才是让达·芬奇大伤脑筋的。他想到了用下部的齿轮作为驱动装置，由此通过两个机械杆的齿轮再与胸部的一个圆盘齿轮咬合，机器人的胳膊就可以挥舞，可以坐或者站立。更绝的是，再通过一个传动杆与头部相连，头部就可以转动甚至开合下颌。而一旦配备了自动鼓装置后，这个机器人甚至还可以发出声音。

　　直到500年之后，意大利的工程师们才根据达·芬奇的16到20张设计草图，复制出达·芬奇500多年前的发明——“机器武士”。这个“机器武士”能举手抬腿，并挥动手臂做出貌似连续击鼓的完美动作。

　　来源：北京晚报