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B. Piropo
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21/08/2006
< Analytical Engine V: O Tear de Jacquard >

Terminamos a coluna anterior falando sobre Joseph Marie Jacquard, filho de tecelões, um jovem “draw boy” que – compreensivelmente – odiava seu trabalho.

Odiava tanto que, tão logo cresceu o suficiente para abandoná-lo, aprendeu o ofício de encadernador de livros e a ele se dedicou. Mas ninguém contraria o destino: a vida fez com que aos vinte anos, com a morte do pai em 1772, Joseph Marie voltasse à tecelaria que herdou e assumisse a responsabilidade de mantê-la em funcionamento. Mister no qual não foi muito bem sucedido.

Com a experiência que havia adquirido nos seus tempos de “draw boy” e com sua inteligência superior, Joseph Marie logo percebeu que embora complexa, a tarefa do tecelão era repetitiva por natureza. E tarefas assim são ideais para serem mecanizadas e automatizadas. Por isso, em vez de dedicar-se a obter lucro com a produção de sua tecelagem, Jacquard dedicou-se a desenvolver técnicas para mecanizar o processo de fabricação, o que acabou levando-o a sérias dificuldades financeiras.

Mas estas dificuldades pouco representavam diante das que estavam por advir em 1789, com a eclosão da Revolução Francesa. Lyon era uma cidade leal aos monarquistas e defendia o “ancien régime”. Por isso, em 1793, foi impiedosamente destruída. Como Joseph Marie Jacquard havia sido membro de um regimento monarquista, havendo mesmo perdido um filho em ação, evadiu-se e somente pôde retornar à sua cidade natal dois anos depois.

Mas não há mal que sempre dure (nem bem que sempre perdure...) No final do século dezoito, com a economia da França seriamente abalada pelos anos de luta, Napoleão Bonaparte, empenhado na reconstrução do país, soube dos trabalhos de Jacquard em busca de um processo de mecanização dos teares, trabalho que ele havia retomado na sua volta a Lyon com a ajuda financeira de alguns industriais ávidos por recuperar suas tecelagens destruídas na revolução, e convidou-o para dar seguimento a suas pesquisas no “Conservatoire des arts et métiers”, agora com o patrocínio do Governo.

Foi assim que Jacquard concebeu a primeira máquina programável de todos os tempos, a pioneira, antecessora dos computadores modernos: o “Tear de Jacquard”. O primeiro artefato a usar, no início do século dezenove, cartões perfurados como dispositivos de entrada e armazenamento de programas. Um prodígio.

Vamos ver como esta maravilha funciona.

Você, que vem acompanhando a urdidura deste texto (urdidura e trama de narrativas, tecelão, tecelagem, tecer, tecido, tessitura, textura, texto; palavras com a mesma raiz por uma boa razão: criar um texto é tecer idéias...) certamente percebeu que toda a dificuldade de criar tessituras complexas consiste em escolher que fios da urdidura serão levantados e que fios permanecerão abaixados antes de entremear cada fio da trama. Fazendo isto, quando se introduz um novo fio da trama, alguns fios da urdidura ficarão acima e outros abaixo dele e escolhendo judiciosamente a cor dos fios, em operações sucessivas de inserção de fios de trama de cores diferentes, pode-se criar o desenho que se desejar sobre um fundo formado pelos fios da urdidura. Na verdade, nos teares tipo “draw loom”, este era justamente o trabalho do tecelão: prender, fio a fio da urdidura a ser levantado, nos ganchos pendentes da barra a ser levantada pelo “draw boy”.

Como automatizar isto?

Como toda a idéia genial, a de Jacquard é bastante simples. Examinemos um esquema de seu tear na Figura 1, que representa o primeiro passo, ou posição inicial, da automatização.

Figura 1: Diagrama esquemático do tear de Jacquard.

Na figura, os fios da urdidura saem de um carretel à esquerda e se estendem para a direita através do tear. Na medida que o tecido vai sendo produzido (ou seja, que as linhas que formam a trama são entremeadas na urdidura), o carretel gira liberando mais fio. Cada fio da urdidura atravessa uma anilha (ou, em alguns casos, um pequeno gancho) presa a uma haste vertical articulada. No topo de cada haste há um gancho.

O trecho superior de cada haste vertical, acima da articulação, é ligado a uma segunda haste, esta horizontal, presa a uma barra lateral (barra “B”) por uma mola. A barra “B” é capaz de se deslocar horizontalmente, puxando a mola e trazendo com ela as hastes horizontais, o que faz com que as hastes verticais se dobrem em sua articulação, movendo os respectivos ganchos para baixo (veja Figura 2). Quando a barra “B” ocupa sua posição mais à esquerda, como mostrado na Figura 1, as extremidades opostas das hastes horizontais se apóiam em um anteparo vertical

Acima do conjunto dos ganchos há uma segunda barra (barra “A”) capaz de girar se afastando ou se aproximando dos ganchos, presa a duas chapas verticais que podem se deslocar para cima e para baixo levando com elas a barra “A”.

Figura 2: Tear de Jacquard - segundo passo da automatização.

O segundo passo da automatização é representado esquematicamente pela Figura 2. Nele, são realizados dois movimentos.

O primeiro consiste no deslocamento da barra “B” para a direita, o que provoca dois efeitos: além de afastar do anteparo as extremidades das hastes verticais, que acompanham o movimento da barra “B” puxadas pelas molas, abaixa todos os ganchos devido à articulação do trecho superior das hastes verticais.

O segundo consiste na inserção de um cartão perfurado no espaço agora existente entre as hastes verticais e o anteparo. Embora sua ação hoje em dia pareça óbvia, este cartão é a base de toda a concepção do Tear de Jacquard, o fruto da genialidade de seu inventor, o “segredo do negócio”. É ele, através da presença ou ausência de uma perfuração em frente a cada haste horizontal, que selecionará os fios da urdidura que serão levantados. Para entender a razão disto basta examinar a Figura 3 que representa o terceiro passo da automatização.

Figura 3: Tear de Jacquard - terceiro passo da automatização.

Nele é realizado um único movimento: a barra “B” volta à sua posição original, o que tende a empurrar as hastes horizontais de volta até encostarem no anteparo. Agora, no entanto, nem todas podem alcançá-lo, uma vez que entre suas extremidades e o anteparo intrometeu-se o cartão perfurado. Assim, apenas as hastes que encontram um orifício neste cartão podem cruzá-lo e se apoiar no anteparo. As demais, não podendo atravessar o cartão, são por ele retidas, o que faz com que suas molas se contraiam, mantendo os ganchos correspondentes abaixados. Somente retornam para sua posição ereta original os ganchos ligados às hastes horizontais situadas em frente a um orifício do cartão.

Figura 4: Tear de Jacquard - quarto passo da automatização.

O quarto passo da automatização, mostrado na Figura 4, consiste em um único movimento: a barra “A” oscila e ocupa uma posição situada imediatamente abaixo dos ganchos da extremidade superior das hastes verticais. Note que ela apenas consegue “enganchar” nas hastes situadas em frente aos orifícios do cartão, já que os ganchos das demais hastes não puderam retornar à posição original e permanecem abaixados, fora do alcance da barra “A”.

Figura 5: Tear de Jacquard - quinto passo da automatização.

O quinto é último passo da automatização consiste em mover para cima a barra “A”, levando com ela as hastes verticais situadas em frente aos orifícios do cartão, as únicas que foram nela “enganchadas”. Isto levanta os fios correspondentes da urdidura e abre espaço para que uma lançadeira mecânica introduza um novo fio da trama entre eles e os fios que permaneceram abaixados.

Resumindo: como dito anteriormente, toda a dificuldade da automatização consistia justamente em escolher que fios da urdidura levantar. Este era o trabalho do tecelão, o segredo da execução de tessituras complexas. Pois bem: basta examinar as figuras acima para entender que no Tear de Jacquard são levantados os fios situados abaixo de cada furo do cartão perfurado.

Cada vez que isso acontece, um novo fio da trama é introduzido abaixo dos fios levantados da urdidura e acima dos que permaneceram na posição horizontal. Isto feito, o procedimento recomeça, novo cartão se move para a frente das hastes verticais, novos fios da urdidura são levantados, mais um fio de trama é introduzido pela lançadeira e a faina continua, fio a fio. Ainda lenta e trabalhosa, porém agora inteiramente mecanizada.

Com o advento do Tear de Jacquard já não mais era preciso apelar para o odioso trabalho dos “draw boys”. Tudo pôde ser automatizado, inclusive o trabalho do próprio tecelão que, em vez de enganchar fio a fio a ser levantado, pôde exercer suas habilidades simplesmente olhando para o desenho da tessitura e escolhendo em um cartão, linha de trama por linha de trama, os locais das perfurações. Ou seja: efetuar a programação que resultará na transferência do desenho para a tessitura. Cada linha de trama corresponde a um cartão perfurado.

Achou trabalhoso ter que perfurar um cartão para cada linha de trama? Bem, estamos falando em uma programação efetuada há duzentos anos atrás em uma máquina rudimentar para tecer pano. Se você pensar um pouco verá que a coisa não é assim tão anacrônica. Afinal, os computadores pessoais só se disseminaram há vinte e cinco anos. Antes disso o que havia eram os “mainframes”, máquinas de grande porte.

E, se você é daquele tempo, provavelmente ainda lembra como eram programados os mainframes: com cartões perfurados, um a um, como no Tear de Jacquard. Eu mesmo vi pilhas e pilhas dos tristemente famosos “cartões de oitenta colunas” (veja um deles na Figura 6, obtida no
< http://www.cs.nott.ac.uk/~ef/ComputerXHistory/Peripherals/1967-PunchedCard-1329.htm >
“Eric’s Computer Museum”) nas mãos de sisudos operadores de centros de processamento de dados. Aquelas pilhas eram os programas que “rodariam” nos mainframes. Tudo em cartão perfurado. Nada muito diferente dos tempos de Jacquard...

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Figura 6: Cartão perfurado de um computador “moderno”.

Mas, se apesar de tudo isso você ainda acha o Tear de Jacquard complicado, não se impressione: é complicado mesmo. Veja, na Figura 7, obtida no Sítio de < http://www.dehora.net/journal/2006/01/the_draw_boy.html > “Bill de Hóra”, uma foto tirada no interior de um Tear de Jacquard (sim, ainda existem alguns em funcionamento; este usa cabos e não hastes para alçar as linhas da urdidura). A câmara foi introduzida entre os cartões que se movem para tecer cada linha de trama e os cabos que levantam as linhas da urdidura. Se você examinar as fotos seguintes que mostram outros teares em funcionamento irá reparar que esta foto foi tirada na vertical, com a câmara dentro do tear, lente voltada para cima; os cartões estão atrás do fotógrafo e os cabos na sua frente. Parece uma confusão dos diabos. E é...

Figura 7: Tear de Jacquard: cartões.

Parte desta confusão deve-se ao fato de que, se você tem uma figura com padrões que se repetem no sentido transversal do tecido, como a belíssima tapeçaria de Sigrid Piroch mostrada na Figura 8 (cuja imagem foi obtida em   < http://www.artsstudio.org/jacquard_weaving.htm > seu sítio), pode fazer com que, em vez de uma única haste vertical, como mostrado na Figura 5, cada gancho acione diversos cabos, como na Figura 7, cada cabo levantando um fio da urdidura (por isso a Figura 7 parece tão diabolicamente complicada). Assim, basta fazer com que os furos no cartão correspondam a uma única faixa longitudinal da tessitura, faixa esta que se repete ao longo de toda a largura do tecido já que o mesmo “furo” levanta diversos cabos, presos a fios da urdidura separados pela mesma distância. Repare, na Figura 8, nas três faixas verticais idênticas que se repetem. Em um caso como este, basta criar as perfurações para executar a tessitura de uma única faixa e fazer com que ela se repita lateralmente prendendo em cada gancho acionado por um furo do cartão o número de cabos correspondente ao número de repetições (no caso, três cabos por furo).

Figura 8: “Mountain Mist”,
de Sigrid Piroch.

Este procedimento repete uma tessitura ao longo da largura do tecido. Repeti-la ao longo do comprimento é simples: basta fazer com que os cartões voltem a passar na frente das hastes, indefinidamente, na mesma ordem, prendendo os cartões uns nos outros (como se vê na Figura 7) de tal forma que o último cartão fique preso ao primeiro, em um ciclo que se repete à exaustão enquanto houver fio no carretel (se isto lhe soa familiar, é porque é mesmo: este é o conceito de “loop” na programação moderna). Se tem dúvidas, não se preocupe: você entenderá isto melhor examinando as outras fotos de Teares de Jacquard mostradas adiante.

A invenção de Jacquard data de 1801. Com ela, segundo a Wikipedia, “mesmo tecelões amadores podiam tecer figuras complexas”. Napoleão ficou tão impressionado com o feito que concedeu ao antigo “draw boy”, além de uma pensão vitalícia, a comenda da “Legion d’Honneur”, a maior honraria concedida pela nação francesa e tentou, através de um decreto datado de 1806, tornar o uso de seu tear obrigatório em Lyon. Mas encontrou forte resistência.

É da natureza humana reagir a tudo o que é novo, principalmente quando a novidade implica risco para o trabalho de uma numerosa categoria profissional. Mesmo hoje em dia há quem reclame da informática aplicada à automação industrial alegando que ela “rouba” empregos dos operários, esquecendo-se dos empregos que ela cria para os técnicos de manutenção dos equipamentos de automação, os profissionais de informática em geral e para programadores em particular, empregos estes com maior nível de remuneração do que aqueles que foram perdidos, embora requerendo maior especialização e um grau de educação formal mais avançado.

Protestos desta natureza, organizados por cocheiros receosos de que o novo “cavalo mecânico” roubasse seus empregos, ocorrem desde que James Watt aperfeiçoou o invento de Thomas Newcomen e patenteou a máquina a vapor. E pelas mesmas razões, no início dos anos 800, Teares de Jacquard foram queimados em Lyon por tecelões que se rebelaram contra a novidade. Mas o mercado tem suas razões: tão logo o uso dos Teares de Jacquard começou a se disseminar na Inglaterra, a França, lutando pela liderança industrial, pressurosamente os adotou em massa.

Teares de Jacquard passaram então a se espalhar por todo o mundo. A Figura 9, obtida na < http://www.columbia.edu/acis/history/jacquard.html > “Columbia University Computing History”, mostra uma reconstituição do tear original conforme concebido pelo inventor, em exibição no Shelburn Museum. O tear funciona perfeitamente ainda hoje e pode-se perceber ao centro (no alto) e à esquerda (na lateral) o conjunto de cartões encadeados.

Figura 9: Ter de Jacquard (reconstituição).

Já a Figura 10 é uma reprodução de xilogravura de 1858 obtida no < http://www.deutsches-museum.de/ausstell/meister/e_web.htm > Deutsches Museum que mostra uma grande tecelagem com diversos teares de Jacquard. Os teares estão do lado direito da gravura e os cartões são perfeitamente visíveis na frente das máquinas.

Figura 10: xilogravura mostrando tecelagem do século dezenove.

O Tear de Jacquard foi o primeiro dispositivo a usar cartões perfurados para armazenar uma seqüência de ações previamente concebidas, ou seja, o primeiro dispositivo programável da história da humanidade. Embora ele mesmo não efetuasse qualquer cálculo ou “computação”, teve uma importância considerável na história da informática, sobretudo porque, como veremos na próxima coluna desta série, foi nele que se inspirou Charles Babbage para criar o dispositivo de entrada de dados de sua Analytical Machine, esta sim o primeiro “computador” digno do nome.

Um conjunto de cartões perfurados com proficiência podia “armazenar” uma complexa combinação de ações do tear cujo resultado seria um tecido com uma tessitura intrincada, cujo valor dependia de sua beleza. E toda a dificuldade consistia na criação da textura, ou seja, na perfuração dos cartões. Pois a fabricação propriamente dita, ou seja, a tecelagem, era simples, já que não era necessário ser um tecelão habilidoso para reproduzi-la: qualquer pessoa de posse do jogo de cartões poderia fazê-lo em qualquer Tear de Jacquard. Por isso os jogos de cartões eram guardados cuidadosamente pelas tecelagens e era relativamente comum seu furto ou cópia não autorizada. Portanto, engana-se quem pensa que pirataria de software é uma atividade de vanguarda: trata-se de um delito praticado há pelo menos duzentos anos.

Com o invento de Joseph Marie a produtividade das tecelagens aumentou extraordinariamente. Um bom Tear de Jacquard, mecanizado, poderia tecer diariamente dez metros lineares de um tecido de seda com uma tessitura complexa, em vez dos 12,5 centímetros quadrados da era não mecanizada. Além disto, basta um olhar para a Figura 10 para entender que a produção poderia ser multiplicada quantas vezes se quisesse reproduzindo o jogo de cartões correspondente à tessitura desejada e instalando um jogo em cada tear, um arremedo daquilo que hoje conhecemos por “computação paralela”.

Os Teares de Jacquard funcionaram durante quase dois séculos (alguns funcionam até hoje) sem qualquer alteração conceitual significativa, apenas aproveitando melhorias na técnica de fabricação industrial. Veja, na Figura 11, duas vistas de exemplares mantidos no Deutsches Museum, de Munich, Alemanha (fotos obtidas em http://www.victorianweb.org/index.html “The Victorian Web”). Note, no exemplar da esquerda, a quantidade de cartões que formam sua programação e o grande número de cabos que descem para movimentar os fios da urdidura. Veja, no exemplar da direita, a complexidade da programação dos cartões perfurados.

Figura 11: Teares de Jacquard.

Hoje, Teares de Jacquard são raros e usados apenas em tecelagens artesanais. Se você entrar em uma tecelagem moderna verá máquinas poderosíssimas, inteiramente automatizadas, tecendo milhares de metros de pano com intrincadas tessituras, mas não verá sinal de cartões perfurados. Eles foram substituídos. E o mais irônico é que foram substituídos justamente por seu descendente longínquo, porém direto: o computador. O que você vê na Figura 12 é justamente o esquema de uma tessitura complexa (uma manta ou cobertor) na tela do computador usado para ajustar os parâmetros do programa que controlará o tear que a irá tecer.

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Figura 12: tessitura complexa e programa para tecê-la.

O Tear de Jacquard teve imensa importância. Sua disseminação, embora reduzindo significativamente o número de emprego dos velhos tecelões, fez com que aparecesse um novo profissional: aquele especialista em engendrar complexas tessituras e transcrevê-las diretamente em cartões perfurados, o predecessor de duas importantes atividades humanas: a de “industrial designer” (desenhista ou engenheiro industrial) e a de programador. Como a produtividade das tecelagens aumentou extraordinariamente, os preços do tecido se reduziram e permitiram que mais pessoas tivessem acesso a tecidos de boa qualidade para suas roupas. Os reflexos se desdobraram em ondas que levaram desde a criação das grandes cadeias de roupas “pret-a-porter” até a vigorosa indústria da moda. E se você pensar um pouco verá que o próprio conceito de “moda” só foi possível graças à revolução causada pelo Tear de Jacquard na indústria têxtil, já que antes dele o tecido era tão caro que não se concebia deixar de usar uma roupa apenas porque seu modelo “saiu de moda”. Isso sem falar na possibilidade da reprodução de criações artísticas em tapeçaria, como os trabalhos de Sigrid Piroch mostrados nesta coluna e na anterior e na bonita peça exibida na Figura 13: a estampa do próprio Joseph Marie Jacquard tecida em um Tear de Jacquard a partir de um retrato seu, talvez a mais bela homenagem que se lhe possa prestar.

Figura 13: Joseph Marie Jacquard.

Mas a influência do Tear de Jacquard vai muito além da indústria têxtil. Pois, com o conceito dos cartões perfurados, ele criou as bases do controle de programas em que se apóia toda a informática moderna. Foi o responsável direto pelas fundações daquilo que, quase um século depois, permitiu a Hermann Hollerith patentear a máquina (de cartões perfurados, naturalmente) que tabularia os resultados do censo de 1890 dos Estados Unidos da América em apenas dois anos e meio, fundar a Tabulating Machine Company, mais tarde Industrial Business Machines, que se tornou conhecida pelas iniciais IBM, e lançar as bases da industria da informática moderna.

Ao morrer, em 1834, Joseph Marie Jacquard não poderia saber de nada disso, naturalmente. Mas há de ter morrido contente. Porque, afinal, ele foi um dos poucos homens a realizar, em sua plenitude, seu maior sonho, o desejo que carregava consigo desde a infância e cuja consecução talvez o tenha feito mais feliz que qualquer outras de suas muitas realizações: acabar com o infame ofício do “draw boy”.

Coluna anterior:
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Analytical Engine IV: Tecendo idéias

Próxima coluna: Em breve.

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