Simulime kompjuterike zbulojnë si u shpik rrota, 6 mijë vjet më parë

Imagjinoni që jeni një minator bakri në juglindje të Evropës në vitin 3900 p.e.s. Ditë pas dite, ju transportoni minierë përmes tuneleve të nxehta të minierës.

Ju tashmë jeni pajtuar me monotoninë e lodhshme të jetës në minierë. Pastaj, një pasdite, ju dëshmoni një koleg pune duke bërë diçka të jashtëzakonshme.

Me një makineri me pamje të çuditshme, ai transporton ekuivalentin e tre herë peshës së trupit të tij në një udhëtim të vetëm. Kur ai kthehet në minierë për të kërkuar një ngarkesë tjetër, papritmas kuptoni se profesioni që keni zgjedhur po bëhet shumë më pak i lodhshëm dhe shumë më fitimprurës.

Ajo që nuk e kuptoni është se jeni duke dëshmuar diçka që do të ndryshojë rrjedhën e Historisë - jo vetëm për komunitetin tuaj të vogël të minierës, por për të gjithë Njerëzimin.

Pavarësisht ndikimit të jashtëzakonshëm të rrotës, askush nuk e di me saktësi kush e shpiku atë, as kur dhe ku u konceptua për herë të parë. Skema hipotetike e përshkruar më lart është bazuar në një teori të vitit 2015 që minatorët e Maleve të Karpateve, në Hungarinë aktuale, kanë shpikur rrotën gati 6,000 vjet më parë si një mjet transporti për bakër.

Ky hipotezë mbështetet nga zbulimi më shumë se 150 maketa të vagonëve të bërë nga arkeologë që punuan në rajon. Këto modele me katër rrota, të vogla, ishin bërë nga argjila dhe sipërfaqet e jashtme të tyre ishin gdhendur me një model prej bishtajke që kujtonte shportën e përdorur nga komunitetet minatore të asaj kohe. Më vonë, datazimi me karbon zbuloi se këto vagonë janë përfaqësimet e para të transportit me rrota të njohura deri tani.

Kjo hipotezë gjithashtu ngre një çështje të interesit të veçantë për mua, një inxhinier ajrorakete që studion shkencën e projekteve të inxhinierisë. Si një shoqëri minierash e errët dhe shkencërisht naive zbuloi rrotën, kur civilizime shumë të avancuara, si egjiptianët e lashtë, nuk e bënë atë?

Një ide kontroverse

Prej kohësh supozohet se rrotat evoluan nga rrota të thjeshta prej druri. Por deri vonë askush nuk mund të shpjegonte si ose pse kjo transformim ndodhi. Për më tepër, që nga viti 1960, disa studiues filluan të shprehin dyshime të forta mbi teorinë e “rolit për rrotë”.

Në fund të fundit, për të qenë të dobishëm, rrotat duhet të kenë një terren të sheshtë dhe të qëndrueshëm dhe një rrugë pa pjerrësi dhe kthesa të theksuara. Për më tepër, pasi karroca kalon mbi to, rrotat e përdorura duhet të transportohen vazhdimisht përpara për të mbajtur ngarkesën në lëvizje. Për të gjitha këto arsye, bota e lashtë përdorte rrotat me kujdes. Sipas skeptikëve, rrotat ishin shumë të rralla dhe jo shumë praktike për t’u konsideruar si pika fillestare për evolucionin e rrotës.

Por një minierë, me kalimet e saj të mbyllura dhe të ndërtuara nga njeriu, do të kishte ofruar kushte favorizuese për rrotat. Ky faktor, së bashku me të tjerë, detyroi ekipin tim të rishikonte hipotezën e rrotave.

Një pikë kthese

Kalimi nga rrotat në rrota kërkon dy inovacione të rëndësishme. E para është një ndryshim në karrocën që transporton ngarkesën. Baza e karrocës duhet të jetë e pajisur me nyje gjysmëhëne, të cilat mbajnë rrotat në vend. Në këtë mënyrë, kur operatori tërheq karrocën, rrotat tërhiqen së bashku me të.

Kjo inovacion mund të jetë motivuar nga natyra e kufizuar e mjedisit të minierës, ku të transportosh periodikisht rrotat e përdorura prapa përpara karrocës do të ishte veçanërisht e kushtueshme.

Zbulimi i rrotave me soket përfaqësoi një pikë kthesë në evolucionin e rrotës dhe hapi rrugën për inovacionin e dytë dhe më të rëndësishëm. Këta hap i ardhshëm përfshinte një ndryshim në vetë rrotat. Për të kuptuar se si dhe pse ndodhi ky ndryshim, kemi kthyer te fizika dhe inxhinieria e ndihmuar nga kompjuteri.

Simulimi i evolucionit të rrotës

Për të filluar hulumtimin tonë, krijuam një program kompjuterik të dizajnuar për të simuluar evolucionin e një rrotë të rrotës. Hipoteza jonë ishte se kjo transformim ishte i shtyrë nga një fenomen i quajtur “avantazh mekanik”. Ky parim i njëjtë lejon që pinca të rritë forcën e kapjes së përdoruesit duke ofruar më shumë levercë. Në të njëjtën mënyrë, nëse do të mund të ndryshonim formën e rrotës për të gjeneruar avantazh mekanik, kjo do të rritte forcën e shtytjes së përdoruesit, duke e bërë më të lehtë avancimin e karrocës.

Algoritmi ynë funksionoi duke modeluar qindra forma të mundshme të rrotave dhe duke vlerësuar performancën e secilës, si në terma të avantazhit mekanik ashtu edhe të rezistencës strukturore. E fundit u përdor për të përcaktuar nëse një rrotë e caktuar do të thyhej me peshën e ngarkesës. Siç pritej, algoritmi përfundimisht u konvergua në formën e njohur të rrotës dhe boshtit, të cilën ai e përcaktoi si të përsosur.

Gjatë ekzekutimit të algoritmit, çdo dizajn i ri kishte performancë pak më të mirë se ai i mëparshmi. Besojmë se një proces evolucionar i ngjashëm ndodhi me minatorët para 6,000 vjetësh.

Nuk është e qartë se çfarë e bëri fillimisht minatorët të eksploronin forma të ndryshme të rullit. Një mundësi është që fërkimi në ndërfaqen rull-çorape shkaktoi shkarjen e drurit rreth tij, duke çuar në një ngushtim të lehtë të rullit në pikën e kontaktit. Një teori tjetër është se minatorët filluan të hollonin rullat në mënyrë që karrocët e tyre të kalonin mbi pengesa të vogla në tokë.

Në çdo rast, falë avantazhit mekanik, ky ngushtim i rajonit të boshtit e bëri më të lehtë shtytjen e karrocave. Me kalimin e kohës, projektet me performancë më të mirë u favorizuan vazhdimisht në krahasim me të tjerët, dhe rullat e reja u krijuan për të imituar ato me performancë më të mirë.

Për pasojë, rullat u bënë gjithnjë e më të ngushta, deri sa gjithçka që mbeti ishte një shirit i hollë i mbuluar në të dyja skajet nga disqe të mëdhenj. Kjo strukturë primitive shënon lindjen e asaj që sot e quajmë “rrotë”.

Sipas teorisë sonë, nuk ka pasur një moment të saktë kur u shpik rrota. Në vend të kësaj, ashtu si evolucioni i specieve, rrota u shfaq gradualisht nga një grumbull i përmirësimeve të vogla.

Ky është vetëm një nga shumë kapitujt e evolucionit të gjatë dhe të vazhdueshëm të rrotës. Më shumë se 5.000 vjet pas kontributeve të minatorëve të Karpateve, një mekanik biçikletash parisien shpiku ruloret e sferave rrethuese, të cilat përsëri revolucionarizuan transportin mbi rrota.

Ironicisht, ruloret e sferave janë konceptualisht identik me rrotullat, paraardhësi evolucionar i rrotës. Ruloret e sferave formojnë një unazë rreth boshtit, duke krijuar një ndërfaqe rrotulluese midis boshtit dhe shiritit të rrotës, duke shmangur kështu fërkimin. Me këtë inovacion, evolucioni i rrotës përfundoi ciklin.

Ky shembull gjithashtu tregon se si evolucioni i rrotës, ashtu si forma e saj ikonike, ndjek një rrugë të çrregullt, pa fillim ose fund të qartë dhe me shumë revolucione të heshtura gjatë rrugës.