L’histoire de l’informatique est pleine d’impasses. En 1936, Vladimir Sergeyevich Lukyanov en Union soviétique avait un projet intéressant de construction d’un intégrateur hydraulique – un ordinateur analogique qui fonctionnait basé sur une manipulation précise de l’eau.
Dans une pièce pleine de tuyaux et de pompes interconnectés, le niveau d’eau dans les différentes chambres représentait des nombres stockés (précis à des fractions de millimètre) et le débit entre eux représentait des opérations mathématiques. La machine était capable de résoudre des équations différentielles inhomogènes.
La carrière de l’inventeur a commencé avec le chemin de fer
Vladimir Sergueïevitch Loukianov est né le 4 mars 1902 à Moscou dans la famille d’un vendeur d’assurances. En 1919, il obtient son diplôme d’études secondaires et rejoint le département de conception du MIIPS (Moscow Institute of Railway Engineers). Après avoir terminé ses études en 1925, il fut envoyé pour construire les chemins de fer Trojice-Orsk et Kartaly-Magnitnaya (aujourd’hui Magnitogorsk).
La construction ferroviaire a progressé lentement dans les années 1920 et 1930. Les outils les plus importants étaient une pelle, une pioche et une brouette. Les fouilles et le bétonnage n’ont été effectués qu’en été, la qualité des travaux était médiocre et des fissures sont apparues dans les structures en béton armé.
Loukianov s’est intéressé à Causes des fissures dans le béton pendant le processus de solidification. Les experts étaient sceptiques quant à son hypothèse selon laquelle ils étaient causés par des effets de température. Le jeune ingénieur a commencé à étudier le comportement des murs en béton à différentes températures en fonction de la composition du béton, du type de ciment, du mode de construction et des conditions extérieures.
La distribution des flux de chaleur est décrite par des relations complexes entre la température et les propriétés du béton variant dans le temps. Ces relations peuvent être exprimées par des équations aux dérivées partielles, mais les méthodes de calcul qui existaient à cette époque (surtout en 1928) ne permettaient pas de résoudre rapidement et précisément ces équations.
Calculatrice analogique hydraulique
Cependant, Lukyanov a vu une analogie fondamentale entre les équations décrivant l’échange de chaleur et les équations décrivant l’écoulement des fluides, l’amenant à conclure qu’un processus pouvait être modélisé à l’aide de l’autre. En 1934, il propose un type de calcul mécanique fondamentalement nouveau de ces processus – la méthode d’analogie hydraulique – et un an plus tard a créé le premier modèle pour démontrer cette méthode.
Un dispositif primitif composé de matériaux de toiture, de tôle et de tubes de verre a résolu avec succès le problème de l’étude du comportement du béton à différentes températures. La partie principale était constituée de réservoirs verticaux d’un certain volume, reliés entre eux par des tuyaux à résistance hydraulique variable et reliés à des réservoirs mobiles.
En augmentant et en abaissant, la pression de l’eau dans les navires principaux a changé. Le processus de calcul a été démarré ou arrêté via des robinets à commande centralisée. 1936 la première machine à calculer au monde pour résoudre des équations aux dérivées partielles – celle de Lukyanov – a été mise en service Intégrateur hydraulique. Les versions précédentes étaient plus expérimentales, fabriquées à partir de tubes d’étain et de verre calibrés, et chaque machine ne pouvait être utilisée que pour résoudre un problème.
Ordinateur soviétique à base d’eau
Le contrôle de la machine était très compliqué, surtout si vous le comparez au contrôle des appareils d’aujourd’hui avec un clavier et une souris ou un écran tactile. La résolution du problème sur l’intégrateur hydraulique a nécessité les éléments suivants :
- créer un schéma de calcul du processus examiné,
- A l’aide de ce schéma, raccorder les réservoirs, définir et paramétrer les valeurs de résistance hydraulique des canalisations,
- calcul des paramètres initiaux des valeurs requises,
- Dessinez un diagramme des changements dans les conditions externes du processus simulé.
Après cela, les valeurs initiales ont été définies: les récipients principaux et mobiles avec les robinets fermés ont été remplis d’eau jusqu’au niveau calculé et leurs niveaux ont été marqués sur du papier millimétré placé derrière les piézomètres (jauges). Ensuite, tous les robinets ont été ouverts simultanément et l’opérateur a modifié la hauteur des conteneurs en mouvement en fonction de l’entrée des conditions externes du processus simulé.
Cela a modifié la hauteur du niveau d’eau dans les réservoirs principaux et le niveau de liquide dans les piézomètres. À certains moments, les robinets se fermaient, arrêtant le processus. Le travailleur a ensuite noté les nouvelles valeurs sur du papier millimétré. À partir de ces marqueurs, un diagramme a été créé qui présentait la solution au problème.
En d’autres termes, l’intégrateur a permis de remplacer un processus difficilement observable par un processus similaire mais plus évident. Fait important, les deux processus ont été décrits par les mêmes relations mathématiques.
Du simple usage au multifonctionnel
Les possibilités de l’intégrateur hydraulique se sont révélées extrêmement larges et prometteuses. En 1938, Lukyanov crée le Laboratoire des analogues hydrauliques, qui devient rapidement l’organisation de base pour l’introduction de cette méthode dans l’économie nationale. Il resta à la tête de ce laboratoire pendant quarante ans.
Lukyanov est finalement devenu docteur en sciences techniques et a reçu le prix Staline pour son travail. Dans les années 1940, il conçoit des intégrateurs hydrauliques bidimensionnels et tridimensionnels sous la forme d’unités standard unifiées pouvant être assemblées en fonction du problème à résoudre. Le premier modèle IH-1 était destiné aux tâches les plus simples, suivi en 1941 par un intégrateur hydraulique bidimensionnel modulaire qui offrait la possibilité construire une machine pour résoudre différentes tâches.
Même après la guerre, cette branche du développement des machines à calculer ne s’est pas arrêtée. En 1949, par décision du Conseil des ministres de l’URSS, un institut spécial NIICHETMAŠ a été créé à Moscou, chargé de sélectionner et de préparer la production en série de nouveaux modèles d’équipements informatiques. L’une des premières machines était un intégrateur hydraulique, pour lequel l’institut a développé une nouvelle conception en six ans.
Production en série d’ordinateurs d’irrigation
Initialement, de simples intégrateurs hydrauliques pour la production de machines de calcul et d’analyse ont été produits à l’usine de Moscou. Pendant la production, des pièces individuelles ont été modifiées pour résoudre des problèmes tridimensionnels avec plus de deux variables.
En 1955, l’usine Ryazan de machines à calculer et à analyser a été créée Production en série d’intégrateurs conçus par Lukyanov sous la marque « IGL » – intégrateur hydraulique Lukyanov. Ils ont été livrés à la fois à des organisations en Union soviétique, où ils se sont répandus, et à l’étranger – par exemple, en Tchécoslovaquie, en Pologne, en Bulgarie et en Chine.
Par exemple, dans les années 1940, ils ont été utilisés pour les calculs du projet du canal de Karakoum et dans les années 1970 pour le projet de construction de la ligne ferroviaire Baïkal-Amour. Les machines ont été utilisées avec succès dans l’industrie de la construction (congélation du béton, calculs de décongélation du pergélisol), la métallurgie (solidification de la coulée), la géologie (mouvement des eaux souterraines), la technologie des fusées et pour résoudre de nombreuses autres tâches.
Ils se sont également opposés aux ordinateurs électroniques
Les premiers ordinateurs électroniques numériques, apparus au début des années 1950, ils ne pouvaient pas rivaliser avec l’ordinateur “à eau”. Les principaux avantages des intégrateurs hydrauliques étaient la clarté du processus de calcul, la simplicité de construction et de programmation.
En revanche, les ordinateurs électroniques de première et de deuxième génération étaient coûteux, avaient une faible productivité, une petite capacité de stockage, un nombre limité de périphériques et nécessitaient un service qualifié régulier. En particulier, les calculs sur le comportement des matériaux à différentes températures ont été résolus facilement et rapidement sur l’intégrateur hydraulique, tandis que leur résolution sur ordinateur s’est accompagnée de complications importantes.
Au milieu des années 1970, des intégrateurs hydrauliques étaient utilisés dans 115 établissements industriels, scientifiques et éducatifs de 40 villes de l’Union soviétique. Ce n’est qu’au début des années 1980 que sont apparus de petits ordinateurs numériques bon marché à haute vitesse et mémoire, dépassant de loin les capacités de l’intégrateur hydraulique. Actuellement, deux machines de ce type sont conservées au Musée polytechnique de Moscou.
