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알 자자리

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목차

1. 개요

알 자자리는 1136년 고대 메소포타미아 지역에서 태어난 중세 이슬람 학자이자 발명가이다. 그는 아르투크 왕조의 수석 엔지니어로서, 물시계, 양초 시계, 자동 인형, 물을 끌어올리는 기계 등 다양한 기계 장치를 제작했다. 알 자자리는 캠축, 크랭크축, 크랭크-슬라이더 메커니즘, 세그먼트 기어 등 혁신적인 기술을 발명했으며, 그의 저서 『기발한 기계 장치의 지식의 책』에는 이러한 발명품에 대한 자세한 설명과 삽화가 수록되어 있다. 그의 발명품들은 르네상스 시대의 레오나르도 다 빈치에게 영향을 미쳤으며, 현대 공학의 발전에 기여했다는 평가를 받는다.

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알 자자리 - [인물]에 관한 문서

2. 생애

1206년 알 자자리 저서 『기발한 기계 장치의 지식의 책』에 수록된 수력 영구 플루트의 도해.


알 자자리는 1136년 고대 메소포타미아 지역에서 태어났다. 정확한 출생지는 알려져 있지 않지만, 그의 이름 자자리(Jazari)가 유래한 자지라트 이븐 우마르 또는 고대 메소포타미아를 지칭하는 자지라 지역에서 태어났을 것으로 추정된다.[4][5][6] 그에 관한 유일한 전기 정보는 그의 저서 『기발한 기계 장치의 지식의 책』(كتاب في معرفة الحيل الهندسية|키탑 피 마리파트 알히얄 알한다시야ar) 서문에 담겨 있다.[7] 그는 아버지의 뒤를 이어 아르투크 왕조의 디야르바크르에 있는 아르투클루 궁전의 수석 엔지니어로 일했다. 아르투크 왕조는 모술의 젠기 왕조와 나중에는 아이유브 왕조의 장군 살라딘의 봉신으로서 고대 메소포타미아 동부(아나톨리아 반도 동부)를 통치한 투르크계 왕조였다.[8][55] 알 자자리의 민족적 배경에 대해서는 알려진 바가 거의 없으며, 아랍인 عرب|아랍ar[9][11][12], 쿠르드족 Kurd|쿠르드ku[13] 또는 페르시아인 فارسی|파르시fa[14] 등으로 다양하게 언급된다.

알 자자리는 장인의 전통을 이어받은 실용적인 기술자였으며, 스스로를 발명가보다는 제작 기술에 더 중점을 둔 인물로 묘사했다.[15][56] 그의 기계 장치들은 이론적 계산보다는 시행착오를 통해 조립되는 경우가 많았다고 전해진다.[16][57] 그의 저서 『기발한 기계 장치의 지식의 책』은 여러 필사본이 남아있을 정도로 당대에 매우 인기가 있었던 것으로 보인다. 그는 책에서 자신이 직접 제작하고 시험해 본 장치만을 설명한다고 거듭 강조했다. 책의 서술 방식은 현대의 DIY 서적과 유사한 실용적인 특징을 보인다.[17][58]

그의 일부 장치는 이전 시대의 기술에서 영감을 받았다. 예를 들어, 그의 대표적인 물시계 중 하나는 유사 아르키메데스의 설계를 기반으로 한다.[18][59] 또한 그는 분수 기술에 대해서는 바누 무사 형제, 촛불 시계에 대해서는 알 사가니, 자동 악기에 대해서는 히바툴라 이븐 알 후세인(1139년 사망)의 영향을 받았음을 언급했다. 알 자자리는 이러한 선배들의 작업을 개선했을 뿐만 아니라, 기존에는 없던 많은 독창적인 장치, 기술, 부품들을 개발하고 설명했다.[10]

아르투크 왕조의 통치자 나시르 알딘 마흐무드 (재위 1201–1222)는 1206년 4월, 알 자자리에게 그의 저술 작업을 의뢰했다.[19][20] 이 책의 가장 오래된 필사본은 현재 튀르키예 이스탄불의 톱카프 궁전 도서관에 소장되어 있으며, '아흐메트 3세 3472'라는 번호로 알려져 있다. 이 필사본에 포함된 삽화(미니어처)들은 당시 아르투크 궁정의 다양한 모습을 보여주는 귀중한 자료로 여겨진다.[19] 알 자자리는 12세기 마지막 4분기부터 아르투크 궁정에서 활동한 것으로 추정된다.[20]

3. 주요 업적 및 발명품

알 자자리의 가장 중요한 업적은 그가 고안하고 활용한 독창적인 메커니즘, 부품, 아이디어, 제작 방식 및 설계 특징에 있다.[8][55] 그는 장인으로서의 경험을 바탕으로 시행착오를 거쳐 다양한 기계 장치를 만들었으며,[56][57] 그의 저서 『교묘한 기계 장치에 관한 지식의 책』은 후대에 큰 영향을 미쳤다.[58]

그는 캠축을 자동기계, 물시계, 물 펌프 등에 최초로 도입하여 활용했으며,[21][54][60][91] 초기 형태의 크랭크축을 발명하여 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환하는 크랭크-커넥팅 로드 메커니즘을 구현했다.[24][25][26][63][67] 이는 증기 기관이나 내연 기관 등 현대 기계의 핵심 원리가 되었다.[25][65][66] 또한 바퀴의 회전 속도를 제어하는 탈진 기구[28][69], 세그먼트 기어[29][70], 원뿔형 밸브 등 중요한 기계 요소들을 고안하거나 최초로 명확하게 기록했다. 일부 기술은 서양에서 레오나르도 다 빈치나 다른 후대 인물들이 처음 고안한 것으로 알려졌으나, 실제로는 알 자자리의 저작에서 먼저 나타난다.[71]

기술사학자 도널드 힐은 알 자자리가 목재 적층, 바퀴의 정적 균형, 템플릿 및 종이 모형 사용, 오리피스 보정, 에머리 가루를 이용한 밸브 밀봉, 폐쇄형 모래 주형을 이용한 금속 주조 등 설계와 제작에 관한 중요한 개념들을 최초로 제시했다고 평가했다.[8][55]

알 자자리는 이러한 기술들을 바탕으로 물을 끌어올리는 기계 5가지,[1][72] 수력으로 움직이는 자동 공작새나 자동문과 같은 정교한 자동 장치(오토마타),[36][79][8][55][78] 그리고 다양한 물시계와 양초 시계 등 혁신적인 발명품들을 만들었다.[49][50][8][87][88] 그의 업적은 단순히 기발한 장치를 만드는 것을 넘어, 실용적인 목적과 예술적인 가치를 결합하고 후대 기술 발전에 중요한 토대를 마련했다는 점에서 큰 의미를 지닌다.[42][84]

3. 1. 기계 장치

알 자자리가 고안한 여러 기계 장치들은 현대적 관점에서 단순해 보일 수 있지만, 그가 사용한 메커니즘, 부품, 아이디어, 제작 방식 및 설계 특징들은 기계 공학의 역사에서 중요한 의미를 지닌다.[94][55] 그는 캠축, 크랭크축, 세그먼트 기어와 같은 핵심적인 기계 요소들을 고안하거나 개선했으며,[21][54][63][65][71] 이를 자동기계, 물시계, 물 펌프 등 다양한 장치에 창의적으로 적용했다. 특히 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환하는 크랭크축과 커넥팅 로드의 조합[26][67]이나, 바퀴의 회전 속도를 제어하는 탈진 기구[69] 등은 후대 기계 기술 발전에 중요한 기여를 했다. 그의 업적은 개별 장치의 발명을 넘어, 체계적인 설계 및 제작 방법론에 대한 중요한 개념들을 제시했다는 점에서도 의의가 있다.[55]

3. 1. 1. 캠축

캠이 부착된 축인 캠축은 알 자자리에 의해 1206년 그의 자동기계,[95][21][60] 물시계(양초 시계 등),[96][54][91] 및 물 펌프에 도입되어 사용되었다.[95][21][60] 알 자자리의 저작은 문헌상 캠축을 묘사한 세계 최초의 기록으로 알려져 있다.[60] 이후 캠과 캠축은 14세기 유럽의 기계 장치에도 나타나기 시작했다.[97][61]

3. 1. 2. 크랭크축과 크랭크 슬라이더 메커니즘

기원전 5세기 스페인의 회전식 맷돌에 사용된 편심 손잡이는 로마 제국으로 전파되어 크랭크의 원형이 되었다.[98] 크랭크와 연결봉(connecting rod) 메커니즘에 대한 가장 오래된 증거는 서기 3세기 로마 제국의 히에라폴리스 제재소에서 발견된다.[98] 또한 크랭크는 9세기 중반 바누 무사 형제가 쓴 ''기발한 장치들의 책''에 묘사된 여러 수력 장치에서도 나타난다.[99]

1206년, 알 자자리는 초기 형태의 크랭크축을 발명하였고,[100][101] 이를 크랭크-연결봉 메커니즘과 통합하여 자신이 만든 두 개의 실린더를 가진 펌프에 적용했다.[102] 현대의 크랭크축과 유사하게, 알 자자리의 메커니즘은 여러 개의 크랭크핀을 움직이는 바퀴로 구성되었는데, 바퀴의 원형 움직임이 연결된 핀(연결봉)을 직선으로 왕복 운동하게 만들었다.[100] 알 자자리가 설명한 크랭크축은[100][101] 연속적인 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시키는 중요한 원리를 보여주며,[102] 이는 증기 기관, 내연 기관, 자동 제어와 같은 현대 기계의 핵심 기술이다.[101]

그는 크랭크축과 연결봉을 두 종류의 물 펌프, 즉 크랭크 구동 사키야 체인 펌프와 이중 작용 왕복 피스톤 흡입 펌프에 사용하였다.[102][103] 또한 그의 물 펌프는 최초로 알려진 크랭크-슬라이더 메커니즘을 사용한 사례이기도 하다.[104]

3. 1. 3. 설계 및 제작 방법

알 자자리가 만든 발명품 중 상당수는 오늘날 사소해 보일 수 있지만, 그가 만든 기계들의 가장 중요한 측면은 사용된 메커니즘, 구성 요소, 아이디어, 방법 및 디자인 특징이다.[94]

영국의 기술 역사학자 도널드 힐은 알 자자리의 저작에서 설계와 제작 모두에 중요한 여러 개념들이 최초로 확인된다고 평가했다. 여기에는 다음과 같은 내용들이 포함된다.[8][55]

  • 휘어짐을 최소화하기 위한 목재의 적층
  • 바퀴의 정적 균형 맞추기
  • 나무 템플릿 (일종의 패턴) 사용
  • 설계 검토를 위한 종이 모형 사용
  • 구멍(오리피스) 보정
  • 밸브의 시트와 플러그를 에머리 가루로 갈아 방수 밀봉 처리
  • 닫힌 모래 주형에 모래를 사용하여 금속을 주조하는 방식

3. 1. 4. 기타 메커니즘

알 자자리의 발명품 중 많은 부분이 현대적 관점에서는 단순해 보일 수 있지만, 그가 사용한 메커니즘, 구성 요소, 아이디어, 방법 및 디자인 특징들은 기계 공학 역사에서 매우 중요한 의미를 지닌다.[94]

  • 크랭크축: 알 자자리는 1206년 초기 형태의 크랭크축을 발명하여,[100][101] 이를 트윈 실린더 펌프에 크랭크-연결봉 메커니즘으로 통합했다.[102] 이 장치는 여러 크랭크핀을 가진 바퀴가 회전하면서 연결된 봉이 직선으로 앞뒤로 움직이게 하는 방식으로,[100] 연속적인 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 효과적으로 변환시켰다.[102] 이는 증기 기관, 내연 기관 및 자동 제어 장치와 같은 현대 기계류의 중심 원리 중 하나로 평가받는다.[101] 알 자자리는 이 크랭크축과 연결봉을 크랭크 기반 사키야 체인 펌프(crank-driven saqiya chain pump)와 이중 왕복운동 피스톤 흡입 펌프(double-action reciprocating piston suction pump)라는 두 종류의 물 펌프에 성공적으로 적용하였다.[102][103]

  • 크랭크-슬라이더 메커니즘: 그의 물 펌프에는 역사상 최초로 알려진 크랭크-슬라이더 메커니즘 또한 사용되었다.[104]

  • 탈진 기구: 알 자자리는 회전하는 바퀴의 속도를 정밀하게 제어하기 위해 탈진 기구(이스케이프먼트 메커니즘)를 사용하는 방법을 고안했다.[28][69]

  • 제어 시스템: 도널드 힐과 같은 학자들은 알 자자리가 금속으로 만든 큰 문, 조합 자물쇠, 그리고 4개의 볼트를 사용한 자물쇠 등 여러 초기 형태의 기계식 제어 장치를 설계하고 설명했다고 지적한다.[8][55]

  • 세그먼트 기어: 세그먼트 기어는 원형 기어의 일부(부채꼴 모양)로, 다른 톱니바퀴와 맞물려 왕복 운동을 전달하는 부품이다.[29][70] 린 타운젠드 화이트 주니어는 세그먼트 기어가 알 자자리의 저작물에서 처음 명확하게 등장하는 그의 독창적인 발명이며, 서양에서는 1364년 조반니 데 돈디가 완성한 천문 시계에서 사용된 후, 시에나 출신의 저명한 과학 기술자 프란체스코 디 조르조 (1501년 사망)에 의해 유럽 기계 설계의 일반적인 요소로 자리 잡게 되었다고 평가했다.[71]

  • 원뿔형 밸브: 린 타운젠드 화이트 주니어는 또한, 서양 학자들이 레오나르도 다 빈치의 그림에서 처음 나타난다고 여겼던 원뿔형 밸브 역시 실제로는 알 자자리의 그림에서 먼저 발견된다고 지적하며 알 자자리의 선구적인 업적을 강조했다.

3. 2. 물을 끌어올리는 기계

알 자자리(Al-Jazari)의 수력을 이용한 사키야 체인 펌프 장치


알 자자리(Al-Jazari)는 12세기와 13세기에 걸쳐 물을 끌어올리는 중요한 기계 다섯 가지를 발명했다.[1][72] 그는 이러한 기계들에 캠, 크랭크축과 같은 핵심적인 기계 요소들을 창의적으로 도입하고 활용했는데, 이는 당시로서는 매우 혁신적인 시도였다.

특히 1206년, 그는 자동기계(automata), 물시계, 그리고 물을 끌어올리는 펌프 등에 캠축을 적용했으며,[95][96] 같은 해에 초기 형태의 크랭크축을 발명하여 이를 펌프의 크랭크-연결봉 메커니즘에 통합했다.[100][101][102] 알 자자리가 고안한 크랭크축은 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시키는 중요한 원리를 구현했으며,[102] 이는 훗날 증기 기관이나 내연 기관과 같은 현대 기계 장치의 발전에 핵심적인 토대가 되었다.[101]

그가 개발한 대표적인 물 펌프로는 크랭크 기반 사키야 체인 펌프와 이중 작용 왕복 피스톤 흡입 펌프가 있으며, 이 외에도 여러 독창적인 물 관리 시스템을 고안했다.[102][103] 이러한 발명품들은 중세 이슬람 세계의 기술력을 보여주는 중요한 사례이며, 후대 공학 발전에 직접적인 영향을 미쳤다.[8][33] 알 자자리의 구체적인 펌프 설계와 작동 원리에 대해서는 하위 섹션에서 더 자세히 다룬다.

3. 2. 1. 사키야 체인 펌프

알 자자리는 자신이 발명한 크랭크축과 연결봉 메커니즘을 두 종류의 물 펌프에 적용했는데, 그중 하나가 크랭크 기반 사키야 체인 펌프이다.[102][103] 그의 사키야 기계는 크랭크축을 체인 펌프에 처음으로 사용한 사례 중 하나로 알려져 있다.[73]

이 사키야 체인 펌프는 간헐적 작동을 최소화하여 효율을 극대화하려는 개념이 처음으로 적용된 것으로 평가받는다.[73] 알 자자리는 수력뿐만 아니라 수동 노동으로 작동하는 사키야 체인 펌프도 제작했다. 다만, 체인 펌프에 수력을 이용하는 방식은 그보다 앞서 중국에서 사용된 바 있다. 알 자자리가 기록한 형태의 사키야 기계는 13세기부터 근대에 이르기까지 다마스쿠스의 주요 물 공급원으로 활용되었으며,[30][74] 중세 이슬람 세계 전역에서 일상적으로 사용되었다.[31][73]

또한, 알 자자리의 펌프 설계 도면에 나타난 체인의 모습은 뫼비우스의 띠가 수학적으로 정립되기 훨씬 전에 그 형태를 보여주고 있다는 점이 흥미롭다.[32] 이 펌프에는 최초의 알려진 크랭크-슬라이더 메커니즘도 사용되었다.[104]

3. 2. 2. 밸브 및 왕복 피스톤 운동을 갖춘 이중 작용 흡입 펌프

1206년 알 자자리는 초기 형태의 크랭크축을 발명하여[100][101] 이를 자신이 설계한 트윈 실린더 펌프에 크랭크-연결봉 메커니즘과 함께 통합했다.[102] 이 메커니즘은 여러 크랭크핀이 달린 바퀴가 회전 운동을 하면서 연결된 핀(연결봉)이 직선으로 왕복 운동하도록 만드는 방식으로, 현대의 크랭크축과 유사한 원리로 작동한다.[100] 알 자자리가 고안한 이 크랭크축은 연속적인 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시키는 핵심적인 역할을 했으며,[102] 이는 후대의 증기 기관, 내연 기관 등 현대 기계 공학 발전에 중요한 토대가 되었다.[101]

알 자자리는 이 크랭크축과 연결봉 시스템을 두 종류의 물 펌프, 즉 크랭크 구동식 사키야 체인 펌프와 이중 작용 왕복 피스톤 흡입 펌프에 적용했다.[102][103] 특히 이중 작용 왕복 피스톤 흡입 펌프는 기계 공학 역사상 중요한 몇 가지 혁신을 담고 있다. 이 펌프는 물레방아의 동력을 이용하여 기어 시스템을 통해 두 개의 피스톤이 부착된 왕복 슬롯 로드를 구동하는 방식으로 작동한다. 피스톤은 수평으로 마주보는 실린더 안에서 움직이며, 각 실린더에는 밸브로 제어되는 흡입 파이프와 토출(배수) 파이프가 연결되어 있다. 토출 파이프는 기계 중앙 상부에서 하나로 합쳐져 관개 시스템 등으로 물을 공급한다.[8][33] 또한 이 펌프에는 최초의 크랭크-슬라이더 메커니즘이 사용된 것으로 알려져 있다.[104]

이 펌프가 주목받는 이유는 다음과 같은 세 가지 혁신적인 특징 때문이다.[8][33][55][76][77]

  • 펌프 작동에 부분적인 진공 상태를 이용하여 유체를 끌어올리는 진정한 의미의 흡입 파이프를 최초로 사용했다.
  • 하나의 실린더에서 흡입과 토출이 모두 이루어지는 복동 원리를 최초로 적용했다.
  • 크랭크축과 연결봉 메커니즘을 통해 회전 운동을 왕복 운동으로 변환하는 방식을 효과적으로 구현했다.


알 자자리의 이 흡입 피스톤 펌프는 물을 13.6m 높이까지 끌어올릴 수 있었는데, 이는 당시 유럽의 기술 수준을 능가하는 것이었다.[77] 알 자자리는 이 펌프가 동로마 제국에서 그리스의 불을 쏘는 데 사용된 사이펀에서 영감을 얻었다고 언급했다.[75] 그러나 당시 이슬람 세계에서 널리 사용되던 노리아(물레방아)에 비해서는 효율성이 떨어졌다.[77]

그럼에도 불구하고 알 자자리의 이 펌프는 후대 기술 발전에 큰 영향을 미쳤다. 역사가 도널드 힐은 이 펌프를 "증기 기관 조합의 직접적인 조상"으로 평가했으며,[34] 조셉 니덤은 알 자자리의 펌프와 한 세기 후 왕진의 송풍 엔진을 증기 기관과 기관차로 이어지는 기술 계보에서 가장 중요한 중세 기계로 꼽았다.[34]

3. 2. 3. 기타 물을 끌어올리는 기계

알 자자리는 단일 버킷 물 끌어올림 기계와 4 버킷 물 끌어올림 기계를 묘사했다. 단일 버킷 버전은 차동, 반원형 기어, 버킷 엘리베이터, 기어 박스를 사용하고, 4 버킷 버전에는 기계식 타이머를 추가했다.

3. 2. 4. 급수 시스템

알 자자리는 크랭크와 연결봉 메커니즘을 활용하여 혁신적인 급수 시스템을 개발했다. 그는 1206년 초기 형태의 크랭크축을 발명하여 트윈 실린더 펌프에 적용했다.[100][101][102] 이 크랭크축은 여러 크랭크핀을 움직이는 휠로 구성되어, 휠의 원형 운동을 핀(연결봉)의 직선 왕복 운동으로 변환시키는 방식으로 작동했다.[100] 이 방식은 연속적인 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 바꾸는 중요한 원리로,[102] 현대의 증기 기관, 내연 기관 등 여러 기계 장치의 핵심 기술이 되었다.[101]

알 자자리는 자신이 발명한 크랭크축과 연결봉을 두 종류의 물 펌프, 즉 크랭크 기반 사키야 체인 펌프(crank-driven saqiya chain pump)와 이중 왕복운동 피스톤 흡입 펌프(double-action reciprocating piston suction pump)에 사용하였다.[102][103] 그의 물 펌프에는 최초로 알려진 크랭크-슬라이더 메커니즘도 적용되었다.[104]

또한 알 자자리는 13세기 다마스쿠스에 기어와 수력을 이용한 수도 네트워크를 개발하여 모스크와 병원(비마리스탄)에 물을 공급했다. 이 시스템은 호수의 물을 이용해 양수차를 돌리고, 연결된 기어 장치가 물이 담긴 항아리를 수로까지 운반하면, 이 수로를 통해 도시의 모스크와 병원으로 물이 공급되는 방식으로 작동했다.[35] 이는 초기 형태의 공공 급수 시스템으로 중요한 의미를 지닌다.

3. 3. 자동 장치 (오토마타)

알 자자리는 수력으로 움직이는 자동 공작새[36][79], 세계 최초로 여겨지는 수력 자동 개폐문[78], 정교한 물시계의 일부로 작동하는 자동문[8][55] 등 다양한 자동 장치(오토마타)를 설계하고 제작했다. 그는 자동 장치를 움직이기 위해 캠이 달린 차축을 이용한 물레방아를 고안하기도 했다.[49][87] 그의 혁신적인 자동 장치들은 후대에 영향을 미쳤을 것으로 추정되는데, 브리태니커 백과사전은 이탈리아 르네상스의 레오나르도 다 빈치가 알 자자리의 자동 장치로부터 영향을 받았을 가능성을 제기한다.[37][80]

마크 E. 로쉠(Mark E. Rosheim)은 알 자자리를 포함한 이슬람 기술자들이 단순히 그리스의 업적을 계승하는 것을 넘어, 인간의 편의를 위해 환경을 조작하는 실용적인 응용에 중점을 두었다고 평가하며, 이것이 그리스 로봇 공학에는 부족했던 요소라고 지적했다.[42][84] 그는 또한 아랍인들이 실용적인 목적의 인간형 기계에 관심을 보였지만, 산업 혁명 이전 사회의 한계로 인해 로봇 공학을 본격적으로 발전시키지는 못했다고 덧붙였다.[38][81]

알 자자리는 다양한 형태의 인간형 자동 장치를 만들었다. 여기에는 음료를 따르는 웨이트리스[39][82], 현대적인 수세식 변기의 원리와 유사하게 작동하며 손 씻는 것을 돕는 자동 인형[40][83], 비누와 수건을 차례로 건네는 하인 로봇이 포함된 정교한 공작 분수[42][84] 등이 포함된다. 또한 알 자자리는 수력학 원리를 응용하여 분수, 자동으로 음악을 연주하는 장치 등 다양한 기계를 만들었다. 특히 여러 악기를 연주하는 자동 연주 장치[45][85]나 매시간 음악을 울리는 정교한 물시계[46] 등은 그의 기술력과 창의성을 보여주는 대표적인 예시이다.[8][55] 이러한 장치들은 실용적인 목적 외에도 왕족이나 귀족들을 즐겁게 하기 위한 오락적인 기능도 수행했다.[48]

3. 3. 1. 음료 시중을 드는 웨이트리스

알 자자리가 만든 인간형 자동 장치 중 하나는 물이나 차 같은 음료를 제공하는 웨이트리스 형태였다. 음료는 저장고 역할을 하는 탱크에 보관되었다. 이 음료가 흘러나와 7분 정도 지나면 컵에 채워졌고, 이후 자동문이 열리면서 웨이트리스 장치가 나타나 음료를 제공하는 방식으로 작동했다.[39][82]

3. 3. 2. 수세식 메커니즘을 갖춘 손 씻기 자동 장치

알 자자리는 현대의 수세식 변기에 사용되는 것과 유사한 플러시 메커니즘을 적용한 자동 인형 형태의 손 씻기 장치를 발명했다.[40][83] 이 장치는 인간형 자동 인형의 초기 사례 중 하나로 평가받는다.

장치는 관절로 연결된 구리로 만들어진 사람 형상을 하고 있었으며, 오른손에는 공작새 모양의 물병을 들고 있었다. 이 황동 물병은 내부에 금속판으로 나뉜 챔버를 가지고 있어 물이 부드럽게 흘러나오고 튀지 않도록 조절하는 역할을 했다. 물 저장소는 인형의 오른쪽에 위치했으며, 오른쪽 팔꿈치에 장착된 축을 통해 물이 물병 주둥이로 흘러나왔다. 인형의 왼팔에는 수건, 빗, 거울이 달려 있었고, 고정된 무게추에 의해 팔이 올라가고 내려가도록 설계되었다.[40]

이 자동 인형은 주로 왕이 정결 의례를 수행할 때 사용되었다. 시종이 인형을 세면대 옆에 놓은 뒤 등 뒤의 손잡이를 돌리면 밸브가 열리면서 인형의 오른손에 들린 물병에서 물이 세면대로 흘러나왔다. 물이 거의 다 나오면 자동으로 메커니즘이 작동하여, 왼팔이 수건, 빗, 거울을 들고 왕 쪽으로 뻗어 몸을 말리고 용모를 단정히 할 수 있도록 도왔다.[40] 일부 기록에서는 이 자동 인형이 여성의 형상을 하고 있었다고도 전한다.[83]

3. 3. 3. 자동 하인이 있는 공작 분수

이슬람 문화에서 물은 기도 전 정결 의식인 ''우두''와 ''구슬''에 필수적이며, 코란에 묘사된 천국의 정원의 중요한 요소로 여겨져 특별한 의미를 지닌다. 또한, 자연적으로 가뭄이 잦았던 메소포타미아 지역에서 물 관련 기계는 신성함과 실용성을 겸비한 중요한 장치였다.

알 자자리는 그의 저서 『기발한 기계 장치에 대한 지식의 책』에서 "모양을 바꾸는 분수 연못의 건설과 영원한 플루트 기계에 관하여"라는 제목의 섹션을 통해 분수 메커니즘을 상세히 다루었다.[41]

그중 하나인 "공작 분수"는 인간형 자동 장치가 하인 역할을 하여 비누와 수건을 제공하는 정교한 손 씻기 장치였다. 마크 E. 로셰임(Mark E. Rosheim)은 이 장치의 작동 방식을 다음과 같이 묘사했다: 공작 꼬리의 마개를 당기면 부리에서 물이 흘러나온다. 사용자가 손을 씻으면 더러운 물이 아래 물통을 채우고, 물 수위가 높아지면서 첫 번째 부유물이 상승한다. 이 부유물은 연결 기구를 작동시켜 공작 아래 문 뒤에서 하인 형상이 나타나 비누를 내밀게 한다. 물을 더 사용해 수위가 더 높아지면 두 번째 부유물이 작동하여 다른 하인 형상이 나타나 수건을 제공한다.[42][84]

알 자자리(Al-Jazari)의 공작 분수


이 공작 분수의 물통은 ''우두''를 수행하기 위한 수조로 사용되었을 것으로 보이며, 실제로는 하인이 마개를 당기고 공작의 부리를 조작하여 사용자의 수조로 물이 나오도록 했을 가능성이 있다.[43]

한편, 공작 분수와 같은 장치가 의례적인 용도 외에 다른 목적으로 사용되었을 가능성도 제기된다. 아얀 아예스(Ayhan Aytes)는 알 자자리의 여러 유압 및 공압 자동 장치 중 일부가 신의 전능함에 반하는 기능을 가졌으며, 파티 손님들을 가능한 한 빨리 취하게 하려는 불경스러운 목적을 가졌을 수도 있다고 주장했다.[44]

3. 3. 4. 음악 로봇 밴드

알 자자리가 제작한 음악 로봇 밴드


알 자자리는 왕실 연회에 참석한 손님들을 즐겁게 하기 위해 호수에 띄우는 자동 음악 장치를 만들었다. 이 장치는 네 명의 자동 연주자로 구성된 배 형태였다.[45][85] 이 장치는 알 자자리의 혁신적인 유압 스위칭 기술을 활용했는데, 물의 흐름이 1시간 또는 30분 간격으로 하나의 큰 탱크에서 다른 탱크로 번갈아 바뀌면서 장치를 작동시키는 방식이었다.[8][55]

노엘 샤키 (Noel Sharkey) 교수는 이 자동 장치가 초기 프로그래밍 가능한 자동 장치였을 가능성이 매우 높다고 주장하며, 그 메커니즘에 대한 재구성이 가능하다고 보았다.[45][85] 음악 연주는 핀(캠)이 달린 프로그래밍 가능한 드럼 머신을 통해 이루어졌다. 이 핀들이 작은 레버에 부딪혀 타악기를 작동시켰다. 드럼 연주자는 핀의 위치를 옮겨 다양한 리듬과 드럼 패턴을 연주할 수 있었다.[45][85] 찰스 B. 파울러(Charles B. Fowler)는 이 자동 연주 장치를 "로봇악단"이라고 칭하며, "음악 연주에 맞춰 50개 이상의 얼굴과 몸의 움직임을 보였다"고 평가했다.[86]

3. 3. 5. 드러머의 물시계

연주자들의 물시계


연주자들의 물시계는 알 자자리의 또 다른 발명품인 음악 로봇 밴드와는 달리 피리 연주 인형이 없고, 대신 두 명의 나팔수가 있다. 이 외에도 심벌즈를 연주하는 인형 두 개와 나머지 타악기를 연주하는 일곱 개의 나무로 연결된 남성 인형들로 구성되어 있다.[46]

이 장치는 매시간마다 음악을 연주하는 시계 역할을 하며, 알 자자리가 실용성과 오락성을 겸비한 복잡한 자동 장치를 만들 수 있었음을 보여준다. 물시계의 작동은 해가 뜰 때 시작되는데, 디자인의 프리즈 요소 가장자리에 서 있는 또 다른 남성 인형이 특정 지점까지 이동하면, 조각된 매가 부리에서 공을 떨어뜨려 심벌즈를 치게 된다.[47]

물시계의 모든 기계적 움직임은 물과 일련의 피스톤, 케이블에 의해 이루어진다. 매 시간마다 주 저수조에서 물이 흘러나와 양동이를 차례로 뒤집고, 이 힘으로 물레방아가 돌아가면서 음악가 인형들을 움직인다. 이 자동 장치는 '멀리서도 들리는 시끄러운 소리와 함께 연주'하도록 만들어졌으며, 여러 가지 다른 곡을 연주할 수 있었다고 전해진다.[48] 알 자자리의 다른 많은 자동 장치들처럼, 이 물시계 역시 왕궁의 손님들을 즐겁게 하기 위해 만들어졌다.

3. 4. 시계

알 자자리는 다양한 종류의 물시계와 양초 시계를 제작했다. 그중에는 높이 1m, 폭 50cm 크기의 휴대용 수력 필경사 시계가 있는데, 펜을 든 필사자 인형이 시간을 가리키는 방식이었다. 이 시계는 1976년 런던 과학 박물관에서 성공적으로 복원되었다.[49][50][87][88] 또한 해, 달, 별의 움직임을 보여주는 기념비적인 수력 천문 시계도 발명했다.

그는 당대 가장 정교한 양초 시계를 만들었으며,[8] 특정 시간마다 자동 장치(오토마타)가 작동하고 부정시법을 따른 최초의 물시계인 코끼리 시계,[52][90] 그리고 황도대와 천체의 움직임을 보여주는 복잡한 천문 시계인 성 시계[8][53] 등 혁신적인 시계들을 다수 고안했다. 또한, 물과 추의 힘을 함께 이용하거나 기어를 활용한 시계 등 다양한 방식의 시계를 만들었다.

3. 4. 1. 양초 시계

알 자자리(Al-Jazari)가 제작한 양초 시계.


도널드 힐(Donald Hill)에 따르면, 알 자자리는 지금까지 알려진 가장 정교한 양초 시계를 제작했다.[8] 힐은 알 자자리의 양초 시계 중 하나를 다음과 같이 묘사했다.

:불타는 속도를 알고 있는 양초는 구멍이 뚫린 덮개 아래쪽에 닿아 있었고, 심지는 이 구멍을 통과했다. 녹은 왁스는 홈에 모였으며, 꾸준한 연소를 방해하지 않도록 주기적으로 제거할 수 있었다. 양초의 바닥은 얕은 접시 위에 놓여 있었는데, 이 접시 측면의 고리가 도르래를 통해 추와 연결되어 있었다. 양초가 타면서 추가 일정한 속도로 양초를 위로 밀어 올렸다. 자동 장치는 양초 바닥의 접시에서 작동했다. 이처럼 정교한 양초 시계는 다른 곳에서는 알려져 있지 않다.[8]

알 자자리의 양초 시계에는 시간을 표시하는 다이얼이 있었으며, 최초로 현대에도 사용되는 총검식 체결 메커니즘을 사용했다.[51]

3. 4. 2. 코끼리 시계

알 자자리가 1206년에 묘사한 코끼리 시계는 여러 혁신적인 특징으로 유명하다.[90] 이 시계는 특정 시간 간격마다 오토마타가 반응하는 최초의 시계였다. 예를 들어, 인간형 로봇이 심벌즈를 치고 기계 새가 지저귀는 방식으로 작동했다. 또한, 계절에 따라 낮과 밤의 길이가 달라지는 것에 맞춰 시간의 길이를 조절하는 부정시법을 정확하게 기록한 최초의 물시계이기도 했다.[52][90]

알 자자리의 자동 장치를 갖춘 성 시계, 14세기 복사본.

3. 4. 3. 성 시계

알 자자리의 가장 크고 훌륭한 천문 시계는 '성 시계'(castle clock영어)로 불린다.[8][53][91] 이 시계는 높이가 약 3.4m에 달하는 복잡한 장치였다.[8][91] 시간을 측정하는 기본적인 기능 외에도 황도대와 태양, 달의 궤도를 표시했으며, 특히 달의 위상 변화까지 보여주는 기능을 갖추고 있었다.[8][53][55][92]

이 시계의 혁신적인 특징 중 하나는 숨겨진 카트에 달린 초승달 모양의 포인터가 문 위를 이동하다가, 매 시 정각이 되면 자동으로 문이 열리면서 마네킹 인형이 나타나는 것이었다.[8][53][55][92] 또한, 계절에 따른 낮의 길이 변화에 맞춰 시간 간격을 조절하는 기능도 있었다.[55][92]

또 다른 특징으로는 숨겨진 물레방아가 돌면서 연결된 캠축과 지레를 움직여 5명의 자동 인형 음악가가 자동으로 음악을 연주하는 장치가 있었다.[54][91] 그 외에도 두 마리의 매 오토마타(자동 인형)가 입에서 구슬을 꽃병에 떨어뜨리는 장치도 포함되어 있었다.[93]

이러한 복잡성과 기능 때문에 성 시계는 세계 최초의 프로그래밍 가능한 아날로그 컴퓨터 중 하나로 평가받기도 한다.[91]

4. 예술 작품

알 자자리는 발명가이자 엔지니어로서의 업적 외에도 뛰어난 미술가로 평가받는다. 그는 자신의 저서 《기발한 기계 장치에 대한 지식의 책(ara)》에서 발명품들을 설명하며, 이를 미니어처 그림으로 직접 그려 넣었다. 이 삽화들은 중세 이슬람 예술의 중요한 예시로 여겨진다.

다음은 알 자자리의 책에 실린 삽화 중 일부이다.

코끼리 시계 그림.

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