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溫故知新─解密失傳古機械

天底下的人造物,皆由機械製造出來。15世紀前的機械,以工藝技術為主,並無近代科學的基礎;有些近代的發明,則是古早創作的重新發現與發展。
 
 
本演講解密古代的失傳機械,如歷代指南車、古希臘安提基瑟拉機構、東漢張衡的候風地動儀、北宋蘇頌的水輪擒縱器、三國諸葛亮的連發弩機、步行機器(魯班木車馬與諸葛亮木牛流馬)、以及乾隆的荷花缸鐘,包括歷史背景、運作機理、復原實物、及其科普教育。希望引發大家對古機械的興趣,並期鑑古證今、舊為今用、溫故知新,產出創新的現代機械。
 
講演綱要(審校|孫維新)
時間回到民國58年,當時考進國立成功大學機械工程學系的顏教授,直覺地產生一個想法:我們應該嘗試瞭解古代的機械!起初顏教授對古文典籍還時常一頭霧水,但他說隨著在國外博士生涯期間,利用國外圖書館科技史文獻中,間接尋覓得一些有幫助的中國古機械資料。這些是用白話的英文撰寫,因此他也自謙地說從此粗淺地瞭解了古機械。回國接下成大機械系的教職後,對如《墨經》典籍原文開始認真地瞭解,終於知道定性敘述內所隱藏的原理。

怎麼會將「古機械」當學術研究重點?這段顏教授與古機械邂逅的過程,在北京講學的因緣下,情定研究方向為具「傳動機構的中國古機械」。研究機械工程四十載,顏教授有時間就翻閱《考工記》、《天工開物》等典籍。靠著對歷史考證的興趣,對古機械專業的經驗累積,顏教授以創意機構設計盤「古」開天,著作中國古機械專書,跟學生一起找回「失傳」的道理,和復原古機械的樂趣!

把古機械研究成果分門別類,可以是:有憑有據、無憑有據,以及不完整或失傳的有憑無據三個部分。當時憑著一股熱忱,顏教授決定要結合現代機構設計,以及古機械工藝的新思維,走出不同風景的機械研究古道。顏教授打趣說,當時帶著學生寫專題研究,是用現代計畫,養古代機械研究,最早進行的有指南車機構傳動,和水運儀象台機械時鐘等研究。

古書說:「不因風水,施機自運,不勞人力」,後來顏教授團隊發表首篇的步行機械:「木牛流馬」的古機械設計,而「活化今用」的木車馬,成為不可多得的活題材,陸續用以栽培機構設計專長研究生。學生們需要利用能舉一反三、延伸既有設計的「機構概念設計法」,設計無中生有的概念程序,構思「古代機構復原設計法」的基本架構。顏教授團隊實體製造的木牛流馬,不只被相中技轉成為科學玩具,後來高雄國立科學工藝博物館也照著打造可以載客的大型機械馬車!

顏教授說,「機械」一詞最早出現於兩千多年前《莊子‧外篇‧天地第十一》,當中子貢對機械的解釋為:「用力寡而見功多的器械」!在更早以前的古希臘,「機械」的原意源自劇場舞台裝置,利用連桿和滑輪等簡單機器組成省力裝置。在介紹了他們曾復原的立軸式風轉翻車、楚國弩、指南車等機械,他進一步解釋採「古代機構復原設計法」,能夠還原出各種可能的「候風地動儀」的機構智慧。

此外,顏教授認為中國最厲害古機械當屬「水運儀象臺」,臺中國立自然科學博物館就有一件復原實體模型,其實現在博物館或公司戶外的藝術裝置,也可以看見古機械的蹤跡。他表示對古機械的興趣,沒有特別想過要獲得成績,當時用英文書寫出版「古機械復原設計法」的動機,認為研究對象是中國古機械,但寫中文應該不會有人想翻譯成英文,但是反過來就不同。果然現在已有就他的Springer原文本翻譯成簡體和繁體的書籍問世。

顏教授也說意外地被授予榮譽及職務,如國際學術組織「機構與機器科學國際促進聯盟」(IFToMM)機器與機構史永久委員會的主席, 獲得最多僅12位在世殊榮的IFToMM榮譽會員!他說「機械」如同「歷史」不會突變,有內在聯繫和發展規律可循,很多重要科學家的原創發明是在年輕的時候,期許年輕朋友將「舊為今用」的創造力發揮,不要停擺,希望古機械能繼續帶來創新方法和思維的契機,讓大家體會機械發展的脈動!

在「溫故知新」鑑古證今演講的結尾,顏教授講到西元前的被中香爐跟西方文藝復興達文西的陀螺儀概念,還有顏教授的蒐藏:世界古代鎖具的構造設計原理,最後也分享到他受僱在通用汽車的啟發小故事:當初因創意設計專長受聘到通用汽車,公司每年要派出資深的人員,對常春藤校等工程領域的畢業生面試,當時派出顏教授上面的32年資歷老闆,但後來因有更重要的事情,公司臨時要老闆推薦改派人員,居然選中才來七個多月,英文也不是很靈光的他。

原因是老闆到圖書館去查跟通用汽車歷史有關的借書記錄,紀錄上只有顏教授借過,而且報到第二天就借了書。顏教授笑說自己根本只看到摘要的部分,不過他最後也認真看完,而成就一樁美事,有時候就這麼發生,真是出乎意料!
 
 
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