Chociaż wynalezienie koła około 6000 lat temu zmieniło wszystko, od transportu po wytwarzanie ceramiki, jego dokładne pochodzenie pozostaje tajemnicą dla archeologów. Nowe badanie, wykorzystujące metody mechaniki strukturalnej, sugeruje jednak, że górnicy miedzi w Europie Wschodniej mogli być pionierami trzech głównych postępów w technologii kół już w 3900 roku p.n.e. i stworzyli wówczas pierwsze koło.
W epoce miedzi (około 5000 do 3000 lat p.n.e.) archeologiczne dowody na istnienie kół i pojazdów kołowych pojawiają się powszechnie w Europie, Azji i Afryce Północnej. Dowody te obejmują malowidła ścienne przedstawiające sceny bitewne, miniaturowe koła, zabawki dla dzieci, pochówki wozów i wczesne pisemne odniesienia do technologii kół. Ponieważ jednak koło rozprzestrzeniło się tak szybko, trudno jest dokładnie określić, gdzie i kiedy zostało wynalezione – lub czy pojawiło się niezależnie w różnych regionach.
Istnieją trzy główne teorie dotyczące pochodzenia koła. Jedna z nich zakłada, że po raz pierwszy pojawiło się ono w Mezopotamii około 4000 lat p.n.e., a następnie rozprzestrzeniło się na Europę. Inna sugeruje, że koło zostało opracowane wzdłuż wybrzeża pontyjskiego w północnej Turcji około 3800 r. p.n.e. Trzecia główna teoria, zaproponowana przez historyka Richarda Bullieta w 2016 r., głosi, że koło powstało w Karpatach między 4000 a 3500 r. p.n.e., a następnie rozprzestrzeniło się w wielu kierunkach.
Teoria Bulliet opiera się na założeniu, że około 4000 r. p.n.e. ruda miedzi stała się trudniejsza do znalezienia, co zmusiło górników do zapuszczania się głębiej w kopalnie i wyciągania pojemników z rudą z powrotem na powierzchnię. Modele wozów z późnej epoki miedzi odkryte w regionie Karpat są prostokątne z trapezoidalnymi bokami, przypominającymi współczesne wozy górnicze, jak opisano w książce Bulliet, The Wheel: Inventions and Reinventions (Columbia University Press, 2016).
W badaniu opublikowanym 23 października 2024 w czasopiśmie Royal Society Open Science, Richard Bulliet wraz ze współautorami Kaiem Jamesem, inżynierem lotnictwa i kosmonautyki z Georgia Tech, oraz Lee Alacoque, inżynierem pracującym wcześniej na Uniwersytecie Illinois Urbana-Champaign, przedstawili swój model prawdopodobnej ewolucji koła.
Korzystając z wiedzy o starożytnych systemach kół opartych na odkryciach archeologicznych, zespół zastosował mechanikę obliczeniową i naukę projektowania, aby zbadać, w jaki sposób ludzie mogli przekształcić proste rolki w system koła i osi.
Naukowcy zaproponowali, że do rozwoju koła potrzebne były trzy kluczowe innowacje. Aby przenieść ciężki kosz lub skrzynię, ludzie prawdopodobnie umieścili rolki wzdłuż ścieżki, przesuwając tylne rolki do przodu w miarę postępów.
Pierwsza innowacja, rowkowane rolki, pozwoliłaby skrzyni pozostać na miejscu na rolkach, poruszając się do przodu i do tyłu bez konieczności ciągłego przestawiania rolek. Umożliwiłoby to zastosowanie szerszego wózka w kopalniach.
Druga innowacja, zestaw kołowy – koła przymocowane do osi – mogła zwiększyć prześwit wózka, pomagając mu poruszać się po skałach i innych przeszkodach w szybach kopalnianych. Trzecia innowacja, koła obracające się niezależnie od osi, prawdopodobnie pojawiła się około 500 lat po zestawie kołowym i według badań sprawiłaby, że wózek byłby bardziej zwrotny.
Dzięki analizie obliczeniowej zespół wygenerował zoptymalizowany projekt zestawu kołowego, stwierdzając, że rozwój koła i osi od prostych rolek był prawdopodobnym postępem w kierunku coraz bardziej energooszczędnego projektu. Unikalne środowisko karpackich kopalni mogło również odegrać rolę w kształtowaniu tej ewolucji.
Środowisko, w którym pracowali pierwotni wynalazcy kół, miało unikalne cechy, które sprzyjały rozwojowi transportu opartego na rolkach
– wyjaśnił James w e-mailu do Live Science. Zauważył, że elementy takie jak wąskie, zamknięte ścieżki prawdopodobnie kierowały wczesnych projektantów w kierunku tej konkretnej konfiguracji koła.
Naukowcy podkreślili również, że technologia kół ewoluowała daleko poza epokę miedzi. Na przykład wynalezienie promieniowych łożysk kulkowych w 1869 r. utorowało drogę do znacznych postępów w przemyśle motoryzacyjnym i maszynowym w XX wieku.
Chociaż ten nowy model może rzucić światło na to, w jaki sposób koło zostało po raz pierwszy opracowane w Europie Wschodniej i potencjalnie rozprzestrzeniło się stamtąd, może nie być ostateczną odpowiedzią. Nadal możliwe jest, że kilka cywilizacji niezależnie wynalazło koło – przyznał James.
Według Jamesa, podejście obliczeniowe zastosowane w tym badaniu można zastosować do innych zagadek archeologicznych. Na przykład uważam, że jest jeszcze wiele do odkrycia na temat tego, jak zbudowano piramidy – powiedział. Obliczeniowe projektowanie mechaniczne może mieć kluczowe znaczenie dla udzielenia odpowiedzi na niektóre z tych długotrwałych pytań.
Źródła:
- Lee R. Alacoque, Richard W. Bulliet, Kai A. James, Reconstructing the invention of the wheel using computational structural analysis and design, The Royal Society [dostęp: 14.11.2024].
- Kristina Killgrove, 1st wheel was invented 6,000 years ago in the Carpathian Mountains, modeling study suggests, Live Science [dostęp: 14.11.2024].
Fot. Ewolucja układu kołowo-osiowego. (a) Obustronne toczenie bez tarcia z dwoma zużytymi rolkami pokazanymi po lewej stronie obrazu, (b) jednostronne walcowanie z rowkowanymi rolkami utrzymywanymi na miejscu przez półokrągłe gniazda i niebieskie strzałki wskazujące ślizganie się po powierzchni ciernej, (c) zestaw kołowy z dwoma bezszprychowymi kołami przymocowanymi do końców smukłej osi tworzącej monolityczną strukturę i (d) częściowo zmontowany wielokorpusowy układ kołowo-osiowy, w którym koła obracają się niezależnie od osi.
