Giêm Oát người phát minh động cơ vạn năng

Giêm Oát sinh trưởng trong một gia đình có nghề làm thợ mộc kiêm nhà buôn tại thị trấn nhỏ Grinốc trên bờ sông Cơlaiđơ thuộc nước Anh. Ngay từ thời thơ ấu, Oát đã tỏ ra là một chú bé thông minh và khéo tay hơn người. Hàng ngày, ngoài giờ học, cậu rất thích vào chơi trong xưởng mộc của cha, chăm chú xem các thao tác của ông khi làm việc. Đến năm13 tuổi, tự tay Oát đã làm được các hình mẫu máy đơn giản khác nhau khiến cha cậu không khỏi kinh ngạc và thán phục bàn tay khéo léo, óc sáng tạo sớm nảy nở của con trai..

Đến năm 1744, khi Oát vừa tròn 18 tuổi anh đã trở thành một công nhân chế tạo công cụ có tay nghề cao. Vốn là người rất ham học hỏi và không tự thoả mãn với mình, anh thấy nếu chỉ quanh quẩn ở Grinnốc thì khó có thể nâng cao hơn nữa tay nghề của mình. Vì vậy Oát đã bất chấp mọi khó khăn trở ngại lên đường đi Luân Đôn để học hỏi. Sau một năm trời vừa làm vừa học, anh đã phải trải qua những ngày làm việc trong điều kiện rất tồi tệ với tiền công vô cùng rẻ mạt nên sức khoẻ của anh bị giảm sút nhanh chóng. Thế là Oát lại phải quay trở về quê hương xứ sở ở Glaxgô. Nhưng thời gian học hỏi ở Luân Đôn cũng đền bù xứng đáng. Năm 20 tuổi, Oát đã nổi tiếng là một người chế tạo công cụ hàng đầu ở Glaxgô và đã được mời đến thường xuyên làm việc ở xưởng cơ khí của trường đại học thuộc địa phương này. Chính ở đây chàng thanh niên ham học đã có điều kiện khá tốt để trau dồi kiến thức của mình. Ngoài giờ làm việc ở xưởng cơ khí, Oát đã chịu khó nghe giảng nhờ ở trường đại học về lý thuyết nhiệt học, cơ học… và các môn về xã hội nữa. Bên cạnh đó anh còn tự học cả ngoại ngữ để có thể tự đọc các sách viết bằng tiếng nước ngoài. Dần dần, Oát đã nắm vững được đến 3 ngoại ngữ và bổ sung được các lỗ hổng trong kiến thức về mặt lý thuyết và trở nên một nhà thực nghiệm khá uyên bác.

Bước ngoặt của cuộc đời Giêm Oát đã diễn ra vào năm 1761 khi ông hướng sự chú ý của mình đến chiếc nồi hơi của thầy thuốc kiêm vật lý người Pháp là Đơni Papanh. Phát minh của Papanh bắt nguồn từ một đề nghị thật độc đáo của nhà bác học nổi tiếng Hughen: làm thế nào để tạo ra chân không phía bên này của pittông trong ống hình trụ. Hughen thì cho rằng có thể dùng năng lượng ghê gớm của thuốc súng để chế tạo loại “động cơ thuốc súng”. Còn Papanh thì cho rằng phải dùng hơi nước thay cho thuốc súng vì hơi nước cũng có sức mạnh rất ghê gớm.

Để thực hiện điều này, Papanh tiến hành cho hơi nước vào bên phía pittông trong ống trụ muốn tạo chân không, hơi nước sẽ đẩy pittông lên. Sau đó chỉ cần làm nguội, hơi nước sẽ ngưng tụ thành nước và khoảng còn lại sẽ là chân không, áp lực không khí bên ngoài sẽ nén vào phía bên kia của pittông làm nó trượt ngược lại. Tiến lên bước nữa, Papanh còn cho rằng nếu lần lượt tạo chân không ở từng bên của hai mặt pitông thì nó sẽ trượt qua trượt lại.

Giêm Oát rất thích thú với ý tưởng của Papanh. Ông tiến hành thí nghiệm rất nhiều lần nhưng cũng nha Papanh ông cũng không thành công trong việc chế tạo máy hơi nước dùng trong thực tiễn.

Thế rồi sự may mắn đã mỉm cười với Giêm Oát. Vào mùa đông năm 1763 trường đại học Glaxgô có một máy hơi nước Niucômen bị hỏng đã giao cho Oát sửa chữa. Qua nghiên cứu, Oát nhận thấy máy do người thợ rèn Anh Niucômen thiết kế chế tạo đã cải tiến máy của Papanh ở chỗ truyền hơi nước qua cầu nối pittông mà nhờ đó có thể làm chuyển động được máy bơm. Tuy nhiên máy này tiêu phí quá nhiều hơi nước nên hiệu suất sử dụng nhiên liệu rất thấp. Thế là Oát bắt đầu vào nghiên cứu cải tạo loại máy này. Suốt hai năm liền ông kiên trì tiến hành rất nhiều thí nghiệm với chiếc máy này nhưng vẫn chưa tìm ra được cách gì để cải tiến. Một lần do quá mệt mỏi, Oát tạm dừng công việc đi dạo chơi trong vườn hoa bỗng trong đầu ông nảy ra một ý nghĩ thật độc đáo: tách riêng bình hơi nước làm cho máy chạy chứ không dùng áp lực của không khí nữa. Không chút chậm trễ, Oát chạy thẳng về nhà và bắt tay ngay vào việc chế tạo một hình mẫu chứng minh những ý tưởng vừa nảy sinh trong mình là đúng. Năm 1769 Oát đã tiến hành đăng ký phát minh của mình về chiếc bình ngưng hơi nước trong đó có ghi rõ: “Phương pháp mới làm giảm tiêu phí hơi nước và do đó giảm bớt nhiên liệu trong máy đốt bằng lửa”.

Tuy nhiên từ chiếc máy thí nghiệm đến việc chế tạo bộ máy thực sự có thể áp dụng vào thực tiễn vẫn còn là một khoảng cách khá xa. Khó khăn trước tiên là vấn đề tài chính. Để chế thử một chiếc máy hơi nước theo thiết kế của Oát thì bàn tay khéo léo của nhà phát minh vẫn chưa đủ mà phải có một nguồn kinh phí khá lớn. Vì vậy Oát đã nhẫn nhục đi gõ cửa từng nhà các chủ xưởng để tìm kiếm sự giúp đỡ nhưng chẳng ai tin là chiếc máy của Oát sẽ thành công và mang lại lợi ích kinh tế nên họ đều từ chối hết. Thế là nhà phát minh chỉ còn trông vào mình. Ông dốc hết số tiền dành dụm ít ỏi của mình vào việc thực hiện công trình mình bằng ước mơ. Nhưng điều này chẳng khác như muối bỏ bể. Bao nhiên tiền bỏ vào chế tạo máy cũng hết mà công trình vẫn dở dang. Tình cảnh của Oát thật là bi đát, tiến thoái lưỡng nan.

Rất may là Oát đã gặp được vị cứu tinh của mình là Bôtơn, một chủ xưởng chế tạo máy lớn ở thị trấn Xôkhô. Vốn là một kỹ sư, Bôtơn chỉ cần ngó qua những bản thiết kế chiếc máy hơi nước của Oát, ông đã nhận ra ngay việc phát minh ra bình ngưng hơi nước tuy có vẻ đơn giản nhưng lại rất vĩ đại vì nó cho phép khắc phục được nhược điểm những máy của Papanh và Niucomen để có thể sử dụng rộng rãi trong thực tế. Là một ông chủ giàu có và hiểu biết chuyên môn, với tầm nhìn xa trông rộng vượt lên bao nhà kinh doanh khác, Bôtơn đã thấy rõ tương lai vô cùng sáng lạn của chiếc máy hơi nước do Giêm Oát thiết kế và nhà phát minh nghèo hôm nay chính là con cóc vàng sẽ giúp ông hái ra nhiều tiền sau này. Vì vậy Bôtơn vui vẻ hỏi Oát:

- Để thực hiện công trình của mình, anh cần tôi hỗ trợ những gì nào?

Giêm Oát sợ bị từ chối nên đưa ra các yêu cầu tối thiểu:

- Tôi không dám đòi hỏi ở ông nhiều. Chỉ cần ông giúp tôi các nguyên vật liệu cần thiết và mấy người thợ lành nghề là đủ.

- Đề nghị của anh quả là khiêm tốn - Bôtơn cười dễ dãi. Tôi sẽ đáp ứng hết các yêu cầu của anh, đồng thời đảm bảo cho anh hoàn toàn không phải lo lắng vụn vặt về sinh kế trong thời gian chúng ta cộng tác với nhau. Còn về phần tôi chỉ yêu cầu anh một điều:

- Anh phải rời Glaxgô đi Bơcminhham. Ở đó mói có đủ điều kiện để anh hoàn thành công trình một cách tốt đẹp.

Tôi chấp nhận điều kiện này – Oát khẽ nói sau khi đưa mắt nhìn lại mô hình chiếc máy thí nghiệm của mình với vẻ đượm buồn.

Thế là bản giao kèo cộng tác giữa nhà phát minh và ông chủ giàu có Bôtơn đã được ký kết nhanh chóng và Giêm Oát khẩn trương lên đường đi tìm tương lai.

Mặc dù có đầy đủ điều kiện cần thiết để làm việc nhưng Giêm Oát cũng phải lao động cật lực trong gần hai năm trời mới hoàn thành được chiếc máy hơi nước đầu tiên.

Vào đầu năm 1774, cả Bơminhham đã chấn động khi được chứng kiến hoạt động của chiếc máy hơi nước kỳ diệu của nhà sáng chế trẻ Giêm Oát. Để gây ấn tượng và tiện so sánh, Bôtơn đã bố trí chiếc mày Niucômen cùng với máy Oát. Kế quả thật tuyệt vời, với cùng một lượng hơi nước bơm lên bằng nhau trong cùng thời gian, máy Oát dùng ít nhiên liệu hơn máy Niucômen đến …. 4 lần.

Thành công này khiến các nhà sản xuất vô cùng phấn khởi. Đơn đặt hàng gửi đến yêu cầu mua máy hơi nước Oát ngày càng tăng rõ rệt. Người ta nhanh chóng sử dụng máy này. ở các mỏ, các lò luyện kim và dần dần nó đã thay thế hẳn các máy Niucômen cổ lỗ ở khắp nơi trên toàn nước Anh và một số nước khác.

Tuy nhiên Giêm Oát vốn là người cầu toàn. Ông không dừng lại ở thành công ban đầu mà tiếp tục tìm tòi hoàn thiệt chiếc máy. Ông thấy máy của mình tuy có nhiều ưu điểm là tiết kiệm nhiên liệu nhưng khả năng sử dụng vẫn còn bị hạn chế vì chỉ dùng được trong điều kiện có bộ phận thừa hành của máy chỉ có chuyển động qua lại hay đúng hơn là chuyển động ngang. Như vậy chỉ có thể dùng để bơm nước hay kéo bễ ở lò luyện kim mà thôi. Nhưng mục tiêu phấn đấu của Oát lại là chế tạo loại động cơ vạn năng, nghĩa là có thể sử dụng trong nhiều bộ phận thừa hành khác nhau. Muốn vậy phải có chiếc máy tạo nên chuyển động tròn liên tục.

Từ năm 1778, Giêm Oát đã bắt tay vào việc thực hiện ý tưởng mới mẻ này. Thoạt đầu Bôtơn tưởng công việc cũng không đến nỗi khó khăn và kéo dài đối với thiên tài của Oát. Vậy mà nhà phát minh đã phải bỏ ra thêm 6 năm của cuộc đời để tiến hành nghiên cứu thí nghiệm và giải quyết từng bước những trở ngại về kỹ thuật. Sau không biết bao nhiêu đêm dài thức trắng, thất bại hết lần này đến lần khác, cuối cùng Oát bằng trí tuệ và sự kiên trì phi thường của mình đã tạo nên một kỳ tích vô cùng lớn lao trong lịch sử phát minh: chế tạo thành công máy hơi nước vạn năng có chuyển động quay tròn đều có tác dụng kép. Nhờ gắn thêm một bánh đã kết hợp với cần điều khiển, van trượt. Luồng hơi nước đưa vào máy có chuyển sang thanh truyền và tay quay để làm quay tròn bánh xe. Chính chuyển động này làm cho máy có thể sử dụng cho bất kỳ loại máy công cụ nào. Đặc biệt kích thước của máy đã được thu nhỏ lại hơn trước rất nhiều mà hiệu suất lại rất cao. Nếu như máy hơi nước cũ có dạng thô sơ, cồng kềnh và nặng nề thì chiếc máy mới trở nên gọn gàng tiện lợi. Chỉ cần một gian nhà nhỏ cũng có thể đặt được máy hơi nước có công suất hàng trăm mã lực. Nhờ vậy, ông chủ có thể mở rộng xí nghiệp cũ xây trong thành phố, đặt động cơ hơi nước mạnh làm chuyển vận đủ các loại máy công cụ khác nhau.

Máy hơi nước cải tiến của Oát đã nhận được bằng phát minh năm 1784, lúc này ông tròn 48 tuổi. Ông đã thực hiện được ước mơ cao cả và đẹp đẽ nhất của đời mình là chế tạo được động cơ vạn năng. Chính ông cũng không hình dung ra sau đó không chỉ nước Anh mà rất nhiều nước đã áp dụng phát minh của mình. Ông đâu ngờ rằng chiếc máy của ông đã mở đường cho cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật diễn ra ở Châu Âu suốt thế kỷ 18-19, đưa nhân loại bước sang thời kỳ công nghiệp hoá mạnh mẽ khởi đầu từ nước Anh lan ra Pháp, Đức và nhiều nước khác. Từ đó đưa xã hội loài người phát triển với tốc độ phi thường chưa từng có.

Trong quá trình lịch sử của nền văn mình nhân loại, thật ít có phát minh nào lại có tác dụng và ảnh hưởng to lớn với sự phát triển của cả nền khoa học, kỹ thuật, sản xuất và các vật chất và cả chế độ xã hội của toàn thế giới như phát minh động cơ hơi nước vạn năng của Giêm Oát.

Nhà phát minh vĩ đại nhất năm 1819 nhưng chiếc động cơ kỳ diệu của ông vẫn còn tiếp tục quay đều cùng với nhịp quay của bánh xe lịch sử của loài người.

Nguồn: Thông tin thị trường KH-CN, số 10, 11, tháng 9, 10/2004