Cum humilima studiorum oblatione
Mνήμη Iωάννη Αργύρη, FRS, FREng[1]
Περιδιαβάζοντας τους δρόμους του Μayfair του Λονδίνου, στάθηκα σε μια αναμνηστική πινακίδα –τις γνωστές blue plaques– αφιερωμένη στον Sir George Cayley (1773-1857), που αναγράφεται απλά ως «Scientist and Aviation Pioneer» (Σερ Τζορτζ Κέιλι, Επιστήμων και Πρωτοπόρος της Αεροπορίας). Πίσω από αυτή τη λιτή επιγραφή κρύβεται η ιστορία του ανθρώπου που υπήρξε όχι απλώς ένας ακόμη από τους πολλούς οραματιστές της πτήσης, αλλά ο πραγματικός εφευρέτης του αεροπλάνου και ιδρυτής της επιστήμης της αεροδυναμικής. Μετά τα πρώτα βήματα της μηχανικής πτήσης, η αεροδυναμική έλαβε τη μαθηματική της θεμελίωση μέσα από το έργο κορυφαίων ερευνητών όπως οι Reynolds, Zhukovsky, Prandtl, Mach, Von Kármán, ενώ αργότερα στοχαστές όπως ο Küchemann συνέβαλαν καθοριστικά στη διαμόρφωση της σύγχρονης υπολογιστικής αεροδυναμικής και στα σημερινά επιτεύγματα της αεροπορίας.
Η μυθολογική μορφή του Δαίδαλου (από το ομηρικό ρήμα δαιδάλλω, που σημαίνει κατασκευάζω κάτι με τέχνη, κοσμώ), ως σύμβολο της σκέψης, της ευφυΐας, της επινοητικότητας, αποτελεί τη μακρινή αφετηρία της διαχρονικής επιθυμίας του ανθρώπου να πετάξει και της προσπάθειας πραγμάτωσής της. Ύστερα από μια μακρότατη διαδρομή, η ανθρώπινη δημιουργικότητα έχει εκπληρώσει το δαιδαλικό όραμα. Σήμερα, στον αιώνα των αλγορίθμων και της Τεχνητής Νοημοσύνης, η επινοητικότητα του ανθρώπου στρέφεται ολοένα και περισσότερο σε μηχανές που υπόσχονται παντογνωσία και αυτονομία – εγείροντας, ωστόσο, το φόβο[2] μιας υπέρβασης των ορίων: της «ύβρεως», που σηματοδοτεί η πτώση του Ίκαρου.
Το κείμενο αυτό έχει σκοπό να αναδείξει κυρίως την ιδιοφυΐα του πολυσχιδούς πρωτοπόρου της αεροναυτικής, Σερ Τζορτζ Κέιλι, που, παραδόξως, δεν είναι ευρύτερα γνωστός. Με τις καινοτόμες ιδέες του έθεσε τα θεμέλια της σύγχρονης σχεδίασης αεροπλάνων, η εξέλιξη της οποίας συμβαδίζει πλέον με την εξέλιξη του υπολογιστή που, ως νέος Δαίδαλος, ενσαρκώνει την ανθρώπινη εφευρετικότητα και την απογειώνει μετατρέποντας τη φαντασία σε πράξη.
Tην εποχή που οι μεγάλοι πρωτοπόροι και εφευρέτες της αεροναυτικής επικεντρώνονταν στο σχεδιασμό «ιπτάμενων μηχανών» (flying machines) που φτερούγιζαν σαν «ορνιθόπτερα» (flapping the wings) –όπως οι ευρηματικές μηχανές που σχεδίασε και κατασκεύασε ο πολύτροπος οραματιστής της Αναγέννησης Λεονάρντο ντα Βίντσι (1452-1519), (ωστόσο καμία ποτέ δεν πέταξε)– ο Κέιλι απέρριψε την πανάρχαιη αυτή ιδέα. Αντίθετα, μελέτησε θεωρητικά και πειραματικά την αεροδυναμική της πτήσης, εισάγοντας και εφαρμόζοντας τη ριζοσπαστική και θεμελιώδη ιδέα της «σταθερής πτέρυγας» (fixed wing) αεροπλάνου που κινείται με ανεξάρτητο μηχανισμό πρόωσης. Την κατέγραψε σε έναν μικρό εγχάρακτο αργυρό δίσκο[3] με τα αρχικά του το έτος 1799. που σηματοδοτεί την αρχή του αεροπλάνου. Σχεδίασε και μια σειρά από καινοτόμες ιπτάμενες κατασκευές, ενσωματώνοντας ένα ενιαίο πηδάλιο πλοήγησης σε ένα πλήρους μεγέθους ανεμόπτερο που πέταξε μεταξύ 1804 και 1809 – παρέχοντας το πρώτο στην ιστορία παράδειγμα πρακτικών και επιτυχημένων πηδαλίων.
Το 1809-1810, ο Κέιλι δημοσίευσε όλες τις παρατηρήσεις, μετρήσεις και πειράματα που έκανε από την δεκαετία του 1790 στη θεμελιώδη πραγματεία, «Εναέρια πλοήγηση» (Nicholson’s Journal on Natural Philosophy, Chemistry and the Arts). Ώς το 1849 είχε κατασκευάσει και πετάξει επιτυχώς ένα τριπλάνο ανεμόπτερο το οποίο μετέφερε, για μικρές αποστάσεις, ένα δεκάχρονο παιδί. Το 1853 κατασκεύασε το πρώτο στον κόσμο πραγματικό επανδρωμένο ανεμόπτερο με επιβάτη τον διστακτικό αμαξά του, που πέταξε πάνω από μια κοιλάδα της βόρειας Αγγλίας (μετά την ανώμαλη προσγείωση, τρομαγμένος ο αμαξάς υπέβαλε την παραίτησή του: «Σερ, προσλήφθηκα για να οδηγώ, όχι για να πετώ», λέγεται ότι είπε). Ο δρόμος προς την πτήση είχε προετοιμαστεί και σε πρακτικό και σε θεωρητικό επίπεδο – αν και εκκρεμούσαν διάφορα ζητήματα, όπως ο πλήρης έλεγχος (control) αεροσκάφους εν πτήσει. «Μόλις αυτό συμβεί, το πρόβλημα του κινητήρα θα λυθεί αμέσως», είχε πει προφητικά ο Ουίλμπουρ Ράιτ (Wilbur Wright) καθώς μαζί με τον αδελφό του Όρβιλ Ράιτ (Orville Wright) δοκίμαζαν το πρώτο τους ανεμόπτερο στο Κίττυ Χωκ της βόρειας Καρολίνας των ΗΠΑ (Οκτ. 1900).
Έτσι η πορεία των πειραματισμών κορυφώθηκε στις 17 Δεκεμβρίου 1903, όταν πέτυχαν την πρώτη ελεγχόμενη, συνεχόμενη και μηχανοκίνητη πτήση με αεροσκάφος βαρύτερο από τον αέρα, το Flyer Ι (την ίδια μέρα ακολούθησαν τρεις ακόμα πτήσεις, η τελευταία η πιο επιτυχημένη: διήρκεσε περί τα 59 δευτερόλεπτα και κάλυψε απόσταση 260 μέτρων). Το αεροσκάφος δεν είχε ούτε τροχούς, ούτε κάθισμα, ούτε όργανα πλοήγησης. Έκτοτε, τα αεροσκάφη –και μαζί τους τα ταξίδια– γνώρισαν ραγδαία εξέλιξη που έμελλε να αλλάξει την πορεία της Ιστορίας. Ωστόσο, έχουμε ακόμα μακρύ δρόμο ώσπου η ανθρώπινη επινοητικότητα ή η τεχνητή νοημοσύνη φθάσουν στα όρια της ταχύτητας –όπως τα όρισε ο Αϊνστάιν στην ειδική θεωρία της σχετικότητας– με τη διαστολή του χρόνου, όπου η ταχύτητα της πτήσης είναι τόσο μεγάλη με αποτέλεσμα η επιστροφή να προηγείται της αναχώρησης!
Οι Ράιτ στηρίχτηκαν αφενός στις θεμελιώδεις εφευρέσεις του Κέιλι και άλλων σημαντικών πρωτοπόρων της αεροναυτικής (όπως οι Οtto Lilienthal, Percy Pilcher, Octave Chanute – οι δυο πρώτοι στα 1896 και 1899, αντίστοιχα, είχαν τη μοίρα του ’Ικαρου σε αεροπορική επίδειξη ανεμοπτέρων), αφετέρου στη χρήση, για προώθηση, ενός εντελώς νέου κινητήρα χαμηλού βάρους και υψηλής ισχύος– που χρειάστηκε να τον κατασκευάσουν οι ίδιοι με τη συνδρομή του Charles Taylor, αυτοδίδακτου μηχανικού. Ο κινητήρας των Ράιτ –βενζινοκίνητος, εσωτερικής καύσης, σε συνδυασμό με την ανάπτυξη καταλλήλων καυσίμων– ήταν η απαρχή της πρακτικής λύσης στο πρόβλημα της μηχανικής πτήσης που είχε οραματιστεί δεκαετίες νωρίτερα ο Σερ Τζορτζ Κέιλι.
«Αν είδα πιο μακριά, ήταν γιατί στεκόμουν στους ώμους γιγάντων» έγραψε σε επιστολή του ο Sir Isaac Newton, FRS, στον Robert Hooke, FRS, to 1675. Η φράση αυτή μετουσιώθηκε το 1913 από τον Ουίλμπουρ Ράιτ:
Πριν από περίπου 100 χρόνια, ένας Άγγλος, ο Sir George Cayley, έφερε την επιστήμη της πτήσης σε ένα σημείο που δεν είχε φθάσει ποτέ πριν και σπανίως έφτασε ξανά κατά τον τελευταίο αιώνα.[4]
Το ίδιο επιβεβαιώνει (1954) και ο μαθηματικός, αεροδιαστημικός μηχανικός και φυσικός, Theodore von Kármán, (1881-1963), που αποκλήθηκε «αρχιτέκτονας της διαστημικής εποχής»:
Η αρχή του αεροπλάνου όπως το γνωρίζουμε σήμερα, δηλαδή του άκαμπτου αεροπλάνου, ανακοινώθηκε για πρώτη φορά από τον Sir George Cayley.[5]
Από τον Δαίδαλο της μυθολογίας στον Κέιλι της επιστήμης και τους Ράιτ της πράξης, ο νέος Δαίδαλος μάς καλεί να πετάξουμε ξανά, αυτή τη φορά με φτερά από αλγόριθμους της τεχνητής νοημοσύνης.[6]
Πέρα από την αεροναυτική
O Sir George Cayley από νεαρός ακόμα είχε δείξει πόσο προοδευτικός και ριζοσπάστης θα γινόταν. Το 1793 σε ένα γράμμα στη μητέρα του, Lady Cayley, γράφει: «Δεν είμαι δεμένος με την Αγγλία. Είμαι πολίτης του κόσμου. Θα εγκατασταθώ σε εκείνο το μέρος που μου αρέσει περισσότερο, αν το Σερ (Sir) αλλάξει σε Πολίτης Κέιλι (Citizen Cayley)»[7].
To 1838 (1839) ίδρυσε το Royal Polytechnic Institution στην Regent Street του Λονδίνου. Το ίδρυμα ενσάρκωνε τη φιλοσοφία του ότι η διάδοση της γνώσης δεν πρέπει να περιορίζεται σε μια ελίτ, αλλά να είναι προσιτή στο ευρύ κοινό. Σε μια περίφημη επιστολή του στις 2/12/1839 προς τον Charles Babbage[8], FRS (1791-1871) –δημιουργό της «Αναλυτικής Μηχανής» (κατά τα έτη 1837-1839), πρόδρομου του σύγχρονου υπολογιστή– διατύπωσε το όραμά του για το ρόλο του Ιδρύματος:
Θέλουμε ένα καλό επιστημονικό συμβούλιο, που να μη περιορίζεται από καμιά αριστοκρατία «ορθοδόξων» ανδρών, οι οποίοι κάθονται σαν βάρος πάνω σε κάθε ανερχόμενο ταλέντο. […] Η ελευθερία είναι η ουσία της προόδου της επιστήμης.
Εξελέγη βουλευτής του Βρετανικού Κοινοβουλίου με το φιλελεύθερο και προοδευτικό κόμμα των Whigs, εκπροσωπώντας την περιφέρεια του Scarborough (Ν. Yorkshire) κατά την περίοδο 1832-1835, οπότε και παραιτήθηκε για να αφοσιωθεί στις επιστημονικές του μελέτες και στις πειραματικές εφαρμογές της αεροδυναμικής.
Πέρα από το έργο του στην αεροναυτική, εφηύρε, μεταξύ άλλων: τη μηχανή θερμού αέρα, τον τροχό με ακτίνες «τάσεως» (tension wheel) – προάγγελο του σύγχρονου τροχού ποδηλάτου, μια αυτο-ορθούμενη σωσίβιο λέμβο. Υπήρξε επίσης πρωτοπόρος στην καθιέρωση μέτρων ασφαλείας στους σιδηροδρόμους που εφαρμόστηκαν μετά το δυστύχημα του Χάσγουελ (Haswell, 1835), όταν ένα τρένο εκτροχιάστηκε προκαλώντας το θάνατο πολλών επιβατών. Το γεγονός αυτό συγκλόνισε τη βιομηχανική Αγγλία και ώθησε τον Κέιλι να προτείνει τεχνικές βελτιώσεις στα συστήματα πέδησης και στις μηχανικές αρθρώσεις των βαγονιών. Το σχετικό άρθρο «Sir George Cayley’s Patent Universal Railway», Mechanics Magazine, 28/1/1826, και το πρωτότυπο «Universal Railway» οδήγησε στη δημιουργία των σύγχρονων ερπυστριοφόρων οχημάτων, όπως τα τρακτέρ τύπου Caterpillar και τα στρατιωτικά άρματα μάχης. Επίσης, είχε επινοήσει ένα μηχανικό, προσθετικό χέρι για έναν άνδρα που εργαζόταν στα κτήματά του και είχε χάσει το χέρι του σε ατύχημα. Λέγεται ότι, όταν ο πρίγκιπας Αλβέρτος και ο δούκας του Ουέλινγκτον –ο θρυλικός στρατηγός της μάχης του Βατερλώ και αργότερα πρωθυπουργός– επισκέφθηκαν το Πολυτεχνείο γύρω στο 1850 αντάλλαξαν χειραψία με τον άνδρα, ο οποίος χρησιμοποίησε το τεχνητό του χέρι. Ήταν μια στιγμή που συνέδεε την επιστήμη, την τεχνολογία και την ανθρώπινη ευαισθησία, που χαρακτήριζαν όλο το έργο του Κέιλι.
[1] John H. Argyris (1913-2004), Ακαδημαϊκός, FRS (Fellow of the Royal Society), FREng (Fellow of the Royal Academy of Engineering). Υπήρξε καθηγητής (από το 1955) στη νέα έδρα των Αεροναυπηγικών Κατασκευών στο Imperial College του Λονδίνου, και καθηγητής και ιδρυτής (από το 1959) του Ινστιτούτου Στατικής και Δυναμικής των Αεροδιαστημικών Κατασκευών (ISD) του Πανεπιστημίου Στουτγκάρδης – που το 1984 μετονομάστηκε σε Ινστιτούτο Εφαρμογών του Υπολογιστή (ICA). Είναι θεμελιωτής της υπολογιστικής Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων (γνωστή ως Μέθοδος Αργύρη), που αναπτύχθηκε αρχικά –τέλη της δεκαετίας του 1950 , αρχές του 1960– για την αεροδιαστημική βιομηχανία και σήμερα βρίσκει εφαρμογές σε όλους τους τομείς της μηχανικής και της επιστήμης. Ήταν συγγενής από τη μητέρα του με τον μεγάλο μαθηματικό Κωνσταντίνο Καραθεοδωρή.
[2] Geoffrey Hinton, «Hinton Warns AI May Surpass Human intelligence» (Ο Χίντον προειδοποιεί ότι η Τεχνητή Νοημοσύνη μπορεί να ξεπεράσει την Ανθρώπινη), The Guardian, 12/12/2024 (αναφέρεται στην Ομιλία αποδοχής από τον Χίντον του Βραβείου Νόμπελ, Δεκέμβριος 2024, βλ. τον ιστότοπο www.nobelprize.org).
[3] Η μια όψη του δίσκου απεικονίζει το πρώτο πρακτικό σχέδιο «ιπτάμενης μηχανής» και η άλλη, μια «σταθερή πτέρυγα» και τις δυνάμεις που ασκούνται σ’ αυτήν κατά την πτήση. Σήμερα ο δίσκος αποτελεί πολύτιμο έκθεμα στο «Μουσείο Επιστημών» του Λονδίνου.
[4] C.H. Gibbs-Smith, Sir George Cayley’s Aeronautics 1796-1855, A Science Museum Handbook, HMSO, London, 1962. [5] C.H. Gibbs-Smith, Sir George Cayley’s Aeronautics 1796-1855, ό.π.
[6] Η Τεχνητή Νοημοσύνη (ΑΙ) και η Μηχανική Μάθηση, Machine Learning (ML), κλάδος της ΑΙ, επιτρέπει στους αλγόριθμους να μαθαίνουν από δεδομένα και να βελτιώνονται αυτόνομα, χωρίς ανθρώπινη επέμβαση. Έτσι η αεροναυπηγική μεταμορφώνεται: βελτιστοποιώντας το σχεδιασμό των αεροπλάνων, χρησιμοποιώντας ελαφρύτερα και ανθεκτικότερα υλικά, πιο οικολογικά καύσιμα, μειώνοντας το θόρυβο και ενισχύοντας την ασφάλεια των πτήσεων.
[7] Gerard Fairlie & Elizabeth Cayley, The life of a genius. Sir George Cayley pioneer of modern aviation. Hodder και Stoughton, London, 1965.
[8] Συνεργάστηκε με τη μαθηματικό Ada Lovelace (1815-1852), κόρη του Λόρδου Βύρωνα, η οποία, στις περίφημες σημειώσεις της για την «Αναλυτική Μηχανή», κατέγραψε τον πρώτο στην ιστορία δημοσιευμένο αλγόριθμο (1843) για υπολογιστική μηχανή.
