001飛行機械Flying Machines
機械構造的翅膀
蜻蜓
拍動的翅膀
空氣螺旋槳
飛行器
機械翅膀
在義大利烏菲茲（Uffizi）所發現的手稿中有關於飛行機械的記載，它屬於非常古老的手稿（447E）。那時的達文西正致力於研究在慶典中演出的舞台裝置，而飛行機械就是其中一項研究。
當時在佛羅倫斯，布魯涅內斯基（Filippo Brunelleschi）和安德利亞‧德爾‧維洛及歐（Andrea del Verrocchio）兩位工程師和藝術家，成功地發明了舞台表演裝置，因而贏得眾人的讚譽。達文西必定抱著戰勝前輩的決心，這一點從充滿野心與熱情的這張手稿中即可窺見。這些手稿之中，還記錄了他對於飛翔中的鳥類的飛行曲線的觀察。
在那之後，達文西離開了機械的研究和實驗，一頭栽進了動物學和理論的世界。1482年，達文西為了能夠成為米蘭公爵盧多維哥‧史佛薩（Ludovico Sforza，又稱摩爾人盧多維哥Ludovico il Moro）的專屬工程師，而啟程前往佛羅倫斯。但是在寫給盧多維哥‧史佛薩的自薦信中，卻完全沒有提到飛行機械。也許對於達文西來說，飛行機械只是一種舞台裝置，或者在天空飛翔只能算是一種愚蠢的夢想罷了。
但是，自古人類就懷抱著 翔天際的夢想。而且科學裡沒有所謂「不可能的事」，先人也確實留下了許多飛行實驗的記錄。不但十三世紀的英國哲學家羅吉爾‧培根（Roger Bacon）曾經想過人類以人造翅膀在天空中飛行的可能性，就連建立於十四世紀的喬托鐘樓（Campanile di Giotto）的最下層也有代達羅斯（Daedalus，伊卡洛斯（Icarus）之父，在肩膀上裝上人造翅膀）肖像的浮雕。雖然，代達羅斯只是希臘神話中的人物，但是縱使是虛幻的故事，我們也能從中了解到在充滿文藝復興文化的、華麗的佛羅倫斯，確實曾存在人類飛翔於天際的夢想。達文西便曾專心致力於實現這個夢想，並將之提升至科學領域。而這是他移居米蘭之後的事情。
也許算是辜負了大部分的人的期望，達文西在1480～1490年間所研究的飛行機械，可以說和鳥類及昆蟲的研究毫無關連（動物的研究也在這個時期中斷，一直到1500年之後才再度展開）。達文西從十五世紀末開始實際投入人力飛行器的設計，其理論根據是解剖學和力學（重量和運動的關係）的研究。當時達文西正致力於研究解開人體的解剖構造及人體比例和重量作用、運動的動力學的特性。雖然當時運動學中有關「重量」的研究已經被確定是一個重要主題，但仍然停留在紙上談兵的階段，科學家尚未考慮將其實際應用於生活中。
在這樣的時代背景下，達文西早就從1480年代開始研究人力應用的可能性，而且埋首於在研究筆記中描繪各種人類在天空飛行時的草圖。在這段時間他所發想的飛行機械，多半和人體研究有關。
雖然在有名的「撲翼飛機（Omithopter）」（原稿 B 80r）的翅膀活動部分，是模仿昆蟲翅膀的拍打模式，但從裝置中半圓形的外觀，或是操作方式來看，都顯而易見地不是依照動物研究所設計出來的。這項裝置的目的是為了能儘可能地引發出人體動力，為此，達文西甚至在飛行員的手腕、腳、頭部裝設了複雜的機械構造，飛行員不須操作機械，他們要讓機械翅膀動起來，並使盡全力產生讓飛行器騰空的動力。達文西另外發想了需要旋轉與操作的飛行器，駕駛則橫躺其中。撲翼則是參考了昆蟲和鳥類的飛行方式（大西洋手稿 824v、原稿B 79r等等）。此外，雖然有幾張草圖，如大西洋手稿 70br、846v屬例外，目前已知達文西是將以使用人力為目的的發明，和使機械旋轉為目的的發明分開進行研究的。
達文西在1500年代初期回到佛羅倫斯後仍然持續進行飛行機械的研究，與過去不同的是，這次是以觀察自然界和動物、鳥類的飛行方式為主所進行的研究。達文西花了很多時間在戶外觀察鳥類，而記載著日期的手稿大概只有口袋書的大小，其中潦草地記錄著草圖和筆記（原稿L、K1等等）。原稿K1中有時候會反覆出現相同的草圖，那也可能是達文西回家後將在戶外潦草的筆記又重新拿出來思考描繪所致。
此外，以「關於鳥類飛行」為題的稍大尺寸的研究筆記所記錄的時間也是大約從此時開始的。達文西在這個少數只鑽研某一主題的珍貴筆記本上，記載了昆蟲和鳥類飛行方法，也發想了些模擬蟲鳥的飛行機械。達文西自此開始挑戰設計完全模擬鳥類的機械。
「鳥類飛行手稿」的筆記中，又可以分為自主振翅的主動飛行方式，以及借助風力的被動飛行方式兩種。相當有趣的是兩者都是從解剖學和航空力學的理論來觀察鳥類的飛行，以及根據其觀察結果來研究飛行機械的構造，這兩個觀點來進行研究的。
達文西深信人類也可以像鳥類一樣飛翔，這是他根據數年來的觀察結果所推論出的一種自然界法則。達文西認為所謂的生物在本質上是相似的，他不但在解剖學的研究中著眼於人類和其他生物的相似處，並試圖找出彼此的共通性。例如，他指出與四足動物相比，人類（當然包括達文西自己）在嬰兒時期也是使用四肢行動的。此外，他還將成長後人類步行時的手腳力學關係，以及四足動物的前腳和後腳進行比較說明。達文西始終確信所有的生物都有相通的基本特質，而人類和動物也有相似處，所以只要使用肌肉產生動力，人類也能 翔於天際。
晚年的達文西致力於小型飛行器的研究（身體上裝設板片的人類，從高處躍下的知名研究，被記載在原稿 G 74r中）。他不但逐漸減少機械發明，更花費了許多時間構築理論基礎，而這個時期的手稿大部分被收錄在原稿 E中。達文西對於鳥類的研究，與其說是為了發明飛行器，不如說是為了探究氣流和風的法則。也就是說，這個時期的達文西的研究並不是在於「借用機械的力量探索人類在空中飛行的可能性」。
喬治‧瓦薩里和16世紀的藝術評論家吉安‧保羅‧洛馬奏（Gian Paolo Lomazzo）對達文西的研究則有不同的見解：達文西是利用自動機械和可澎脹的橡皮物質來製造飛行機械；單純只是為了提高娛樂效果；他對於所有的關注都只是為了研發飛行機械。
機械構造的翅膀
大西洋手稿中的這份手稿大約是在佛羅倫斯時代，或1482年達文西前往米蘭後不久，也就是大約三十歲左右所完成的。這份手稿受重視的理由有二：第一，雖然這類研究記錄很常見，但這是一份屬於嘗試模仿飛行動物的古老研究；第二，達文西的獨特性清楚地展現在這份手稿中。然而事實上，這不是一份引人入勝的手稿。
達文西的手稿就好像一種珍貴的自傳。內容就像是私人日記般，但不是每天的生活記錄，而是由他的觀察研究串起。其中詳細記載各項細節。並記錄了當時的研究課題與想法，尤其他一定會畫圖。筆記和草圖忠實地傳達出達文西對於研究、觀察、疑問、發明計畫等的思路變遷。
雖然無法得知這張手稿中草圖的繪圖順序，但達文西很可能是先畫蜻蜓和左邊小型的昆蟲圖形。兩者都是極簡單的草圖，與其說是為了描繪細節，應該說是設計機械前的底圖。前兩片翅膀揮動上升時，後兩片翅膀則向下揮動，如果以這個動作運作便可能充分利用空氣的支撐力進行飛行──達文西在觀察昆蟲的飛行方式後，如此認為。而他關於動物飛行方式的研究，也是以此方式開始的。
接著，試著觀察草圖中所描繪的飛行機械。右上方可以看到的是由兩個部分（A和B）所構成的機械構造的翅膀草圖，翅膀的外側（B）向上揮動，內側（A）便向下落下。像這樣利用空氣的力量向上浮起的裝置，很明顯是模仿有翅動物的活動方式所設計出來的。
另一方面，左側邊緣記載著一長串文字，則與這項研究沒有直接關連，在達文西的手稿中經常會有這樣的記載，而這份手稿中所寫的是他的研究計畫：「要看兩對翅膀的昆蟲飛行，只要去水溝裡找，就可以看見黑色的網狀羽翼。」我們無法確定，在這個手稿裡，達文西是在進一步發展他過去對動物（昆蟲）的觀察（如本頁所記載），抑或是精心計畫後的成果。
蜻蜓Dragonfly
阿士伯罕手稿 Ｉ中的這張紙稿原本是原稿 B的一部分（原稿 B在十九世紀被盜取了後半部，之後才又被發現）。若從原稿B完成的時間來看，記錄這份手稿的年代應該約在1485～90年左右。當時，達文西正旅居米蘭。
此時，他研究飛行機械有兩個目的。第一，找出鳥類和昆蟲可以飛行的原因，理解其構造並加以模仿。第二，突破人體力學的可能性，製造出能引發人力極限的裝置。達文西尤其致力於後者的研究，而他從未放棄模仿鳥類和昆蟲的翅膀的想法。
這份手稿是觀察昆蟲和鳥類飛行的方式所繪製而成，其中畫有飛魚、蝙蝠、蜻蜓（還有蟻獅）等各種生物的草圖。亦即，在動物的觀察記錄上，嚴格說起來，達文西終其一生都依循亞里斯多德的生物學做動物型態的比較研究。
將擁有兩對翅膀的飛行生物，以及皮膜可開展的有翅生物兩相比較後，達文西關心其共通點更甚於差異性。在這裡所提到的飛魚，也如同他的手稿中所記載的，能自在地在水中或空中活動。從這個例子來看，達文西認為只要徹底探求水及漩渦的法則，應該可以找出如空氣般不可見的自然法則。他的論點是，所有的生物包含人類在內都具備共通的本質。而飛魚則將這種共通本質以最清楚的形貌呈現，達文西認為其中必定藏有人類可能在天空中飛行的關鍵。
達文西對於各種生物的深入比較和觀察的結果，皆反映在其飛行機械的研究裡。他在研究動物時期所思考出來的機械構造的翅膀，多半擁有兩對翅膀（左頁的手稿中描繪有兩隻具有兩對翅膀的昆蟲）或是模擬蝙蝠與飛魚的有薄膜覆蓋的翅膀。這些多半都被記載於原稿 B中。
拍動的翅膀Flapping Wing
達文西在剛開始研究時認為，所謂飛行機械是一種人類對抗自然的動力學的挑戰。他深信空氣是一種不同於水，能夠被壓縮的物體，如果使用機械構造的翅膀壓縮空氣的話，人類就可以像是在水面上步行般，漂浮於空氣之中。但其中的問題在於，如果要讓被壓縮的空氣不與周圍的空氣混雜在一起，就必須極其快速地揮動翅膀，而這裡所謂的速度正好就是動力問題。因此，若能夠產生足夠的動力，人類也就能夠飛翔──這就是達文西的觀點。
在原稿 B中的這張草圖是一項以人力和機械構造的翅膀抬起200磅（libra，譯註：相異但近似於現今的重量單位「磅」）約68公斤的板子為目的的實驗計畫，達文西很可能是利用山坡的斜面進行這項實驗。也因為如此，筆記中有相關經驗的文字記載，草圖中也有實驗的必要條件和地形的描繪。
不消說，達文西的研究道具是紙和筆，這是當時所有的研究學者們常用的文具，但對於達文西來說，筆不只用於記錄，也是一種表現複雜思考的魔術道具。而這份像是筆記般的概略圖，也隱藏了大量資訊。
例如，這張手稿中首先畫有草圖，接著是文字說明，草圖中不只有機械的形狀，就連機械產生動力的狀態也描繪於其中。請試著仔細看看，就能發現人所操作的控制桿呈現上揚的狀態。翅膀的周圍描有線影，似乎可以看到翅膀揮動的動作和被壓縮空氣的震動。達文西在實驗前會先在腦中想像，然後在紙上進行模擬（他的草圖有種不需要實驗就擁有的真實感）。重量的表示就是寫在板子上「200」的數字。板子放在山丘的斜面上，對面是表示山巒和山谷的曲線，並且描繪了遠方隱約可見的建築物。達文西預定在哪個特定場所進行實驗？主草圖的上下有這個裝置的應用構想，此外，右上方的文字是後來才被寫上去的，並非達文西的親筆文字。
空氣螺旋槳Aerial Screw
關於空氣螺旋槳的研究出現在原稿B的飛行機械的研究中。這是一種以旋轉力飛翔天際的構想，從筆和墨水這些常見的文具下發想出來。
達文西在人類能飛行的研究中，思考了兩件事。一是關於人體力學（即飛行機械的推動力）的可能性；二是「空氣」這種駕馭飛行機械時不可或缺的元素。空氣螺旋槳便是在此背景下所發想出來的，而它也為達文西飛行相關研究帶來一大轉機。暫且不提理論和技術的問題，這個構想便是人類邁向近代化進步的過程中，所抱持的一種夢想。
達文西認為空氣和水不同，前者只要以充足的力量施壓，就能夠被壓縮。和前述「翅膀」的研究（原稿 B 88v）相同，空氣螺旋槳也與這個奇妙的構想有關。手稿中的裝置周圍仍然畫了線影，用以表現雙眼看不到，但確實存在的空氣。
空氣能夠壓縮是因為有密度的關係，因此若讓螺旋槳高速旋轉的話，就能夠飛上天際。達文西深信，螺旋槳能夠推開空氣這種流動體，向前方行進，而左右這項裝置成功與否的關鍵便在於螺旋槳的旋轉速度。然而，這個最後關鍵居然掌握在另一個研究上，亦即如何獲得使螺旋槳旋轉的足夠動力。
這項構想的關鍵雖然經常出現在達文西的研究中，可惜的是在這個解答尚未出現之前，研究便已結束。到底螺旋槳的動力是人力？還是像用繩子捲起陀螺再快速放開後所產生的動力？至今仍無法得知。此外，達文西也有和這項裝置相反，只觀察主動力構造的飛行船研究（原稿B 80v）
這項研究的有趣之處並不在於達文西設計空氣螺旋槳的實際步驟，而是他致力於和其設計沒有直接關聯的理論性研究──人體力學的可能性或空氣的性質等。達文西所發明的許多機械，都能將理論性觀察化作「圖像型態」。雖然螺旋狀的螺旋槳本身就是很常見的裝置，但是不要忘了在空氣中應用螺旋槳的發明在達文西的時代可是創舉！
飛行器Flying Machine
這份手稿中記錄有草圖和三項筆記。達文西只以這樣的內容，就將飛行器的複雜構造明確地表現出來。手稿中的筆記全都在說明草圖內容，各段落交錯陳述的這項構想，也因為優美的文筆而震撼人心。從以清晰的線條完美繪製的草圖以及毫不紊亂且條理分明的筆記來看，應該是約1490年代時的達文西的特色。這個時期的達文西的智慧已達到卓越的境界，他不間斷的研究、努力累積的結果全部協調地匯集成各個領域的智慧。
這張手稿以優美的筆觸所構成，但始終都不是為了要讓他人觀賞而做，而是一份專為自己所寫的研究筆記。這一點可以從三段文字的筆跡都有些凌亂得知，達文西一開始先記錄了草圖和第一段筆記，之後才將剩下的筆記文字補充上去，這也是他行之有年的作法。對他來說，手稿就是「畫布」，畫布就會有留白，因此有時達文西會寫上筆記，有時則會畫上草圖和圖畫。
這張飛行器草圖也是如此，當時達文西將目標設定在引導出最大人力並加以利用。他為了克服這項難題，發明了幾個將操作者的乘坐姿勢設定為筆直站立的飛行器。
另一方面，他仍然沒有放棄模仿鳥類和昆蟲飛行方式的構想，這可從他於草圖中畫下了一個操作者須躺著操作的形狀的飛行器即可得知。關於這個模仿的構想他也留下了許多手稿，他不只畫了很多昆蟲和鳥類的圖，甚至直接在筆記上將飛行器以「鳥」稱呼。我想在達文西的思想中，已將自然和技術融為一體。不久後，在他完成「鳥類飛行手稿」時，對於模倣有更加深入的觀察。
附帶一提的是，這張手稿中所記錄的三項筆記，其中一段記載了這項裝置的飛行實驗。因為考量到飛行器墜落時的風險，達文西考慮要在湖上進行實驗。
機械翅膀Mechanical Wing
這是在1494年所完成的手稿，內容並不只是發想或隨筆的記錄，而有相當程度的記載。達文西不只詳細說明了裝置的構造，還附上了部分構造圖，構圖線條也相當審慎。這很可能是將之前的所有想法匯整後，才著手畫下的完美草圖。請看右上方的小圖（很可能是後來才補上的），這裡的草圖並不是貿然用鋼筆畫下的，你可以看見周圍畫有鉛筆底稿的痕跡。由此可知，達文西很在意這份手稿的完成度，草圖上方有兩、三處的部分圖片未完成，其他還有一些補充說明，除此之外，這張草圖可說非常地完美。
這份手稿有翅膀的整體圖和部分放大圖，並且有兩段筆記。這是馬德里手稿Ｉ中常見的型態，也是記錄機械研究手稿的典型手稿之一。達文西在1490年代的研究，大都像這樣記載地井然有序，這個時期的達文西已達到了一種新境界──確立了與自然現象相關的幾何學和數理概念。當然這時的他以極其優美的文筆記錄相關內容，而且繪圖時不管線條或筆觸都極其細膩用心。
當時達文西對於飛行機械的研究，主要是以人體力學的可能性為基礎來進行的。當時他把鳥類的研究和模仿擺在第二順位，但是還是有例外，這份翅膀手稿就是其中之一。結合複數的關節，以拉動關節上的繩索產生動作的這個機械構造，便是模仿動物翅膀關節所產生出來的構想。但是這個十五世紀末所發想的裝置，其翅膀的各部分卻配置得有條不紊，而且結構設計地非常正確。
在這之後，達文西開始動手寫下「鳥類飛行手稿」，更深入觀察鳥類和昆蟲，並嘗試模仿，因此他的飛行機械和這裡所記錄的構造有所差異，飛行機械的構造比模仿複雜的動物骨頭的形狀還要精密。達文西一直深信人類應該能如同鳥類和昆蟲般飛行，而且從未放棄這個想法。
2024專利防護中