13 juli 2019 & centerdot; 11 min läst

Cykeln, som vi känner den idag, uppfanns inte förrän i slutet av 1800-talet. Ändå var det en enkel mekanisk uppfinning. Det verkar inte kräva någon lysande uppfinningsrik insikt och absolut ingen vetenskaplig bakgrund.

Varför uppfanns det inte mycket tidigare?

Jag ställde den här frågan på Twitter och läs lite diskussion om Quora. Människor föreslog många hypoteser, inklusive:

  • Teknikfaktorer. Metallbearbetning förbättrades mycket på 1800-talet: vi fick förbättrad järnförädling och så småningom billigt stål, bättre processer för att forma metall och förmåga att göra delar som ihåliga rör. Hjulteknik förbättrad: tråd ekerhjul (alias spännande) hjul ersatte tyngre mönster; vulkaniserat gummi (1839) behövdes för däck; uppblåsbara däck uppfanns inte förrän 1887. Kedjor, kugghjul och kullager är alla viktiga delar som kräver avancerad tillverkningsteknik för precision och kostnad.

  • Design iteration. Tidiga cyklar var obekväma och farliga. Den första versionen hade inte ens pedaler. Vissa versioner hade inte styrning och kunde bara vridas genom lutning. (!) Den berömda ”penny-farthing” designen, med sitt enorma framhjul, gjorde det omöjligt att balansera med fötterna, var benägen att tippa framåt på ett hårt stopp och lämnade generellt ryttaren högt i luften, alla ökad risk för skador. Det tog årtionden av iteration för att nå en framgångsrik cykelmodell.

  • Vägarnas kvalitet. Vägarna på 1800-talet och tidigare var fruktansvärda enligt modern standard. ofta smuts, spottad från passering av många vagnar, som blev lerig i regnet. Macadambeläggning, som gav släta ytor på vägar, uppfanns inte förrän omkring 1820. Stadsvägar vid den tiden var belagda med kullerstenar, vilket var bra för hästar men för ojämn för cyklar. (Ojämnheterna var tydligen en egenskap som hjälpte till avloppet av avloppsvatten – vilket ledde ett Quora-svar för att hävda att byggandet av stadens avlopp var det som öppnade dörren till cyklar.)

  • Tävling från hästar. Hästar var ett vanligt och accepterat transportsätt vid den tiden kunde hantera alla typer av vägar. De kunde bära tunga laster. Vem behöver då en cykel? I detta sammanhang har det hävdats att cykeln uppfanns som svar på matbrist på grund av ”året utan en sommar”, en väderhändelse från 1816 orsakad av vulkanexplosionen av Tambora året innan, som förmörkade himlen och sänkte temperaturer i många delar av världen. Jordbrukskrisen orsakade såväl hästar som människor att svälta, vilket ledde till att vissa hästar slaktades för mat, och gjorde de återstående dyrare att mata. Detta kunde ha motiverat sökandet efter alternativ. / p>

  • Allmän ekonomisk tillväxt. Flera kommentatorer påpekade behovet av en medelklass för att ge efterfrågan på en sådan uppfinning. Om allt du har är många fattiga bönder och några aristokrater ( som förresten har hästar, vagnar och förare), det finns inte mycket av en marknad för cyklar. Detta är mer troligt när man inser att cyklar var mer en hobby för underhållning innan de blev ett praktiskt transportmedel .

  • Kulturella faktorer. Kanske var det bara en allmän brist på intresse för användbara mekaniska uppfinningar fram till en viss punkt i historien? Men när förändrades detta och varför?

Allt detta är goda hypoteser. Men vissa av dem börjar spänna under tryck:

Kvaliteten på vägarna är relevant, men egentligen inte svaret. Cyklar kan köras på grusvägar eller trottoarer (även om de senare ledde till inkörningar med fotgängare och gjorde cyklarna impopulära bland allmänheten först). Och historiskt sett förbättrades vägarna inte förrän efter att cyklar blev vanliga – det verkar verkligen som att det delvis var cyklisterna som krävde förbättringar av vägar.

Jag tror inte att hästar förklarar det heller. En cykel, enligt vad jag har läst, var billigare att köpa än en häst, och det var verkligen billigare att underhålla (om inget annat behöver du inte mata en cykel). Och det visar sig att uppfinnarna var intresserade av problemet med mänskliga fordon, som avstod från behovet av hästar länge före den moderna cykeln. Till och med Karl von Drais, som uppfann det första tvåhjuliga människodrivna fordonet efter året utan en sommar, hade arbetat med problemet i flera år innan det.

Tekniska faktorer är mer övertygande för mig. De kan ha varit nödvändiga för att cyklarna skulle bli praktiska och billiga nog att ta av. Men de behövdes inte för tidiga experiment. Ramar kan byggas av trä. Hjulen kan kantas med metall. Kugghjul kan utelämnas. Kedjor kan ersättas med remmar; vissa tidiga mönster använde till och med trampbitar istället för pedaler, och åtminstone en design körde hjulen med spakar, som på ett ånglok.

Så vad är den verkliga förklaringen?

För att förstå detta grävde jag in i cykelns historia.

Konceptet med ett människodrivet fordon går tillbaka många århundraden . Den tidigaste referensen jag har hittat är den venetianska ingenjören Giovanni Fontana, som i början av 1400-talet beskrev en fyrhjulsvagn som drivs av en förare som drar i en slinga av rep som är förbundna med kugghjul till hjulen (det är oklart om han ens ens försökte bygga en sådan maskin; Fontana skissade många konstiga saker).

Giovanni Fontana ”s själv- kör vagn

Ett annat tidigt begrepp beskrevs i boken Bicycle av David V. Herlihy:

För mer än tre århundraden sedan stavade den framstående franska matematikern Jacques Ozanam de teoretiska fördelarna med en människodriven vagn ”där man kan köra sig var man vill, utan hästar.” Dess ägare kunde fritt ströva längs vägarna utan att behöva ta hand om ett djur och kanske till och med njuta av en hälsosam övning i processen. Dessutom skulle denna speciella typ av ”självflyttande” fordon, i motsats till de som krävde vind eller ånga för framdrivning, köras på den mest rikliga och tillgängliga av alla resurser: viljestyrka. Men hur man konstruerar ett så värdefullt fordon? var det tjugotredje av ett femtiotal ”användbara och underhållande” problem som Ozanam identifierade och behandlade i hans berömda Récréations Mathématiques et Physiques, publicerad 1696.

Ozanams boken presenterade en föreslagen lösning från en annan uppfinnare: en annan fyrhjulsvagn, som drivs av två personer (en för att styra, en för att driva fordonet genom att trappa upp och ner på stora slitbanor som är anslutna till hjulen med rep, remskivor och växlar).

Mänsklig transport i Récréations Mathématiques Columbia University Libraries

Det verkar som att vagnen i flera hundra år var förebild för mänskliga fordon. Olika uppfinnare försökte sin design, och vissa byggdes till och med. Det finns ett register i en London-journal över ett försök 1774 som gick upp till sex mil i timmen. Fransk uppfinnare Jean-Pierre Blanchard (som senare skulle bli berömmelse i ballongflygning) byggde en människodriven vagn som gick ett dussin mil från Paris till Versailles. En amerikansk mekaniker vid namn Bolton byggde en version 1804 som använde mekanisk hävstång från sammankopplade växlar. Förmodligen gick alla dessa försök ingenstans eftersom maskinerna var för stora och tunga för att vara praktiska.

Nyckelinsikten var att sluta försöka bygga en mekanisk vagn och istället bygga något mer som en mekanisk häst. Detta steg togs av ovannämnda Karl von Drais i början av 1800-talet. Drais var en aristokrat; han hade en befattning som skogsmästare i Baden som sägs ha gett honom ledig tid att tippa. Hans första försök, som började 1813, var fyrhjuliga vagnar som sina föregångare, och som de misslyckades med att vinna myndigheternas stöd.

Men 1817 (möjligen motiverad av den ovannämnda livsmedelskrisen och den resulterande bristen på hästar, även om detta är oklart), försökte han igen med en ny design: ett tvåhjuligt enpersonsfordon som är en igenkännlig förfader till den moderna cykeln. Den var gjord av trä med järndäck. Han kallade det Laufmaschine, eller ”löpmaskin”, den hade inga pedaler och drivs istället av att direkt trycka ner från marken med fötterna. Det kallades också ”velocipede” (från latin för ”snabb fot”) eller ”draisine” (engelska) eller ”draisienne” (franska) efter uppfinnaren; en förbättrad version gjord av en London coachmaker var känd i England som ”fotgängarplan”.

Draisine c. 1820, Kurpfälzisches Museum, Heidelberg Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
New-York Tribune, september 1894 Flickr / Karin Dalziel (CC BY-NC 2.0)

Utan pedaler eller växlar, denna proto-cykel kunde inte uppnå hastigheten eller effektiviteten i modern design. Men, som de skotrar som fortfarande används av barn idag, tillät det dig att köra, särskilt nedförsbacke, och det höll din vikt när du gick framåt. Drais fick upp till 12 miles i timmen på sin maskin. Det blev en modefluga i Europa 1818–19, sedan bleknade.Det verkar som om skälen var en kombination av risken för skador och allmänhetens generliga irritation över att dessa saker kördes genom fotgängarområden som trottoarer och parker (vissa saker förändras aldrig; vi upprepar detta idag med sparkcykelkrig i San Francisco och andra städer).

Nästa nyckelförskott kom inte förrän decennier senare, när någon satte pedaler på cykeln. Det finns motstridiga anspråk på den första uppfinnaren (tillbaka till 1839), men det gjordes definitivt på 1860-talet i Frankrike. Hur som helst var det på 1860-talet som cykelutvecklingen verkligen tog fart. Pedaler tillät föraren att driva maskinen snabbare och mer effektivt. Denna modell tillverkades i Frankrike, först med träramar, senare med järn, och blev allmänt känd som ”bonehaker” (vilket ger dig en uppfattning om hur grov resan fortfarande var).

Michaux” boneshaker ”, 1870 Wikimedia / Classic Motorcycle Archive (CC BY-SA 3.0)
” The American Velocipede ”, trästick av Theodore Davis, Harper” s Weekly, Dec 1868

Vid denna punkt fanns det dock fortfarande inga kugghjul eller kedjor. Pedalerna fästes direkt på framhjulet. Detta gav föraren liten mekanisk fördel: den är densamma som en fixie med ett utväxlingsförhållande 1: 1 (jämfört med de förhållanden som oftast används idag och som är närmare 3: 1). Tänk på hur det är att trampa på en cykel som är i för låg växel: du pumpar dina ben mycket utan att gå mycket snabbt.

Den enda lösningen var att göra hjulet större, vilket ledde runt 1870 till den löjliga ”penny-farthing” eller ”high-wheel” designen med det enorma framhjulet, som du förmodligen har sett och kan associera med slutet av 1800-talet. Vid den här tiden tillverkades cyklar med metallramar, trådekrar och massiva gummidäck (ännu inte uppblåsbara). Denna design gav en snabbare körning och en mjukare, eftersom det stora hjulet absorberade stötar bättre. Men det krävde akrobatisk balans för att åka, och som nämnts ovan var det benäget för otäcka spill och skador, inklusive ”att ta ett huvud” om du stannade plötsligt.

Penny-farthing cykel Flickr / calitexican (CC BY-NC-SA 2.0)

Den tredje och sista nyckelförskottet var alltså att separera pedalerna från hjulet. Variationer på denna ”säkerhetscykel”, inklusive minst en som drivs av trampar och spakar, försökte från 1870-talet om inte tidigare. Den första kommersiellt framgångsrika modellen, med den välbekanta vev- och kedjedesignen, producerades 1885 av John Starley. Slutligen, 1888, introducerades uppblåsbara (pneumatiska) däck av John Dunlop, vilket dämpade resan och eliminerade den sista fördelen med penny-farthing.

Så i slutet av 1880-talet hade cyklar utvecklats till den form vi känner dem idag med (ungefär) hjul av samma storlek, pedaler, kedjor, metallramar, trådekrar och uppblåsbara gummidäck.

Så vad kan vi dra slutsatsen?

Först, rätt design var inte uppenbart. Under århundraden stoppades framstegen eftersom uppfinnarna alla försökte skapa fyrhjuliga vagnar med flera personer, snarare än tvåhjuliga fordon med en person. Det är oklart varför detta var; Visst kopierade uppfinnare ett befintligt transportsätt, men varför skulle de bara hämta inspiration från häst och vagn och inte från häst och ryttare? (Vissa kommentatorer har föreslagit att det inte var uppenbart att ett tvåhjuligt fordon skulle balansera, men jag tycker att detta är övertygande med tanke på hur många andra saker människor har lärt sig att balansera på, från utgrävda kanoter till hästar själva.) Det är möjligt (jag är rent spekulerar här) att tidiga mekaniska uppfinnare hade svårare att inse den grundläggande omöjligheten med vagnens design eftersom de inte hade mycket i vägen för matematiska ingenjörsprinciper att fortsätta, men det är återigen oklart vad som ledde till Drais genombrott. / p>

Och även efter att Drais slog på den tvåhjuliga designen tog det flera iterationer, som hände under årtionden, för att komma till en design som var effektiv, bekväm och säker.

Tidiga ”velocipede” -modeller, från en tysk encyklopedi från 1887. Många mönster försöktes Wikimedia Commons

För det andra var framstegen inom material och tillverkning troliga nödvändigt för en kommersiellt framgångsrik cykel.Det är lite svårt, från var jag står, att ta bort vilka framsteg inom design som möjliggjordes av nya material och tekniker, och som helt enkelt var gnistor av uppfinningsrik fantasi som inte hade uppfattats eller utvecklats tidigare. Men det faktum att människor var villiga att stå ut med den otrygga höghjulsdesignen tyder för mig att luftdäck var avgörande. Och det är troligt för mig att avancerad metallbearbetning behövdes för att göra små, lätta kedjor och kugghjul av hög och jämn kvalitet till ett acceptabelt pris – och att ingen annan design, som ett bälte eller spak, skulle ha fungerat istället. Det är också troligt för mig att träramar inte bara var lätta och starka för att vara praktiska (jag skulle verkligen inte vara ivrig att cykla på en träcykel idag).

Men vi kan gå djupare och fråga de frågor som inspirerade mitt intensiva intresse för denna fråga i första hand. Varför experimenterade ingen ens med tvåhjuliga fordon fram till 1800-talet? Och varför övervägde ingen, så vitt vi vet, ens frågan om mänskliga fordon fram till 1400-talet? Varför fanns det inte cykelmekanik på 1300-talet, när det fanns klockmakare eller åtminstone på 1500-talet när vi hade klockor? Eller bland de forntida romarna, som byggde vattenkvarnar och skördemaskiner? Eller grekerna, som byggde Antikythera-mekanismen? Även om de inte hade däck och kedjor, varför experimenterade inte dessa samhällen åtminstone med dräneringar? Eller till och med de misslyckade vagnkonstruktionerna?

För att ens kunna svara på detta måste vi inse att det är en del av ett mycket bredare fenomen. Jag ställde samma fråga om bomullsgin, som till skillnad från cykeln inte krävde avancerade material: det är en trälåda, ett trådnät och en trumma med trådtänder; faktiskt var det så enkelt att när konceptet var ute gjorde plantageägare bootlegkopior för hand (berövade Eli Whitney de flesta av hans patentroyalties). Samma fråga kan ställas om alla de viktigaste uppfinningarna inom textilmekanisering; Anton Howes, en ekonomisk historiker som chimade in på Twitter-länken ovan, har noterat John Kays flygbuss:

Kays innovation var extraordinär i sin enkelhet . Som uppfinnaren Bennet Woodcroft uttryckte det hade vävning med en vanlig skyttel ”utförts i uppemot fem tusen år, av miljontals skickliga arbetare, utan att någon förbättring gjordes för att påskynda operationen fram till år 1733”. Allt som Kay tillade var lite trä och lite snöre. Och han applicerade det på vävning av ull, som hade varit Englands viktigaste industri sedan medeltiden. Han hade ingen speciell skicklighet, han krävde ingen speciell vetenskaplig förståelse för det och han stod inför inget särskilt incitament att göra det När det gäller institutioner var flygflyget tekniskt olagligt eftersom det räddade arbetskraft, patentet blev omedelbart piratkopierat av konkurrenter till liten nytta, och Kay tvingades flytta till Frankrike, jagades ut ur landet av arga vävare som hotade hans egendom och till och med Kay mötte inga speciella incitament – han innoverade till och med trots några formidabla sociala och juridiska hinder.

Det finns också andra berättelser där ett tidigt försök till uppfinna demonstrerades, idén hittade inga stödjare om den inte redan var helt livskraftig och sedan tappades utvecklingen i årtionden. Richard Trevithicks tidiga, misslyckade experiment med lok kommer att tänka på.

Mot bakgrund av detta tror jag att den djupaste förklaringen är allmänt ekonomiska och kulturella faktorer. När det gäller ekonomiska faktorer verkar det som om det måste finnas ett visst överskott för att stödja det kulturomfattande forsknings- och utvecklingsarbete som skapar uppfinningar. Observera att Karl von Drais var en baron som tydligen hade ett kusligt jobb och uppfann på sin fritid. Detta är vanligt för forskare från den tiden: de var ofta aristokrater eller på annat sätt oberoende rika (och de som inte var tvungna att klättra för stöd från rika beskyddare). Idag har vi forskningslaboratorier i både universitet och företag, plus riskkapitalister för att finansiera utveckling av nya produkter och tjänster. I det ögonblick det blir klart att en viss typ av innovation kan vara möjlig finns det flera lag som finansieras och hyser för att få det till marknaden. Det finns inga luckor i flera decennier i tidslinjen för innovation längre, eller åtminstone betydligt färre.

Med tanke på ekonomiska faktorer på efterfrågesidan verkar överskott också skapa marknader för nya produkter. Kanske BNP per capita måste bara slå en viss punkt innan människor ens har tid, uppmärksamhet och energi att tänka på nya uppfinningar som inte bokstavligen lägger mat på bordet, ett tak över huvudet eller en skjorta på ryggen. / p>

Slutligen finns det kulturella faktorer. Howes säger att ”innovation inte finns i mänsklig natur utan tas emot i stället. … när människor inte förnyar är det ofta helt enkelt för att det aldrig kommer upp för dem att göra det.”Joel Mokyr säger på samma sätt att” framsteg är inte naturligt ”(och hans bok om detta ämne, A Culture of Growth, hjälpte till att inspirera den här bloggen). Jag håller med båda.

Fullständigt belysa dessa ekonomiska och kulturella faktorer är ett stort framtida projekt för denna blogg.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *