Hur uppfanns hjulet?

Originalꜜ(2025.06.23) från forskarplattformen The Conversation. Author infoꜜ  //  Kommentarer (0)ꜜ

How was the wheel invented? Computer simulations reveal the unlikely birth of a world-changing technology nearly 6,000 years agol

Föreställ dig att du är en koppargruvarbetare i sydöstra Europa år 3900 f.Kr. Dag efter dag släpar du kopparmalm genom gruvans kvava tunnlar.

Du har förlikat dig med den utmattande monotonin i gruvarbetarlivet. Men en eftermiddag bevittnar du hur en kollega gör något anmärkningsvärt.

Med en märklig apparat transporterar han utan ansträngning motsvarande tre gånger sin egen kroppsvikt på en enda tur. När han återvänder till gruvan för att hämta en ny last, inser du plötsligt att ditt arbete är på väg att bli mycket mindre krävande och betydligt mer lönsamt.

Vad du inte inser: du bevittnar något som kommer att förändra historiens gång – inte bara för din lilla gruvgemenskap, utan för hela mänskligheten.

En av 100 artiklar på BiBB i kategorin The Conversation

AI-genererad bild av en vagn med hjul inne i en gruvtunnel.

En illustration av hur de ursprungliga gruvvagnarna som användes i Karpaterna kan ha sett ut år 3900 f.Kr. Kai James via DALL·E

Trots hjulets omätliga betydelse är det ingen som med säkerhet vet vem som uppfann det, eller när och var det först skapades. Det hypotetiska scenariot ovan bygger på en teori från 2015 som hävdar att gruvarbetare i Karpaterna – i dagens Ungern – uppfann hjulet för nästan 6 000 år sedan som ett sätt att transportera kopparmalm.

Teorin stöds av fyndet av över 150 miniatyrvagnar som arkeologer hittat i området. Dessa små, fyrhjuliga modeller var gjorda av lera och deras ytor var graverade med ett flätmönster som påminner om korgarbetet som användes av gruvsamhällena vid den tiden. Kol-14-datering visade senare att dessa vagnar är de hittills tidigast kända avbildningarna av hjuldriven transport.

Denna teori väcker också en fråga som är av särskilt intresse för mig, en flygteknikingenjör som studerar ingenjörsdesignens vetenskap. Hur kunde ett obemärkt, vetenskapligt naivt gruvsamhälle upptäcka hjulet, när högt utvecklade civilisationer, såsom de gamla egyptierna, inte gjorde det?

En kontroversiell idé

Det har länge antagits att hjul utvecklades från enkla trävalsar. Men fram till nyligen kunde ingen förklara hur eller varför denna omvandling skedde. Dessutom började vissa forskare på 1960-talet uttrycka starka tvivel kring teorin om valsar som hjulens ursprung.

För att valsar ska vara användbara krävs nämligen platt, fast mark och en väg fri från lutningar och skarpa kurvor. Dessutom måste använda valsar ständigt flyttas fram till början av raden för att lasten ska kunna fortsätta rulla. Av dessa skäl användes valsar sparsamt i forntiden. Enligt skeptikerna var valsar för sällsynta och opraktiska för att ha varit utgångspunkten för hjulets utveckling.

Men en gruva – med sina slutna, människoskapade gångar – skulle ha erbjudit gynnsamma förhållanden för valsar. Denna faktor, bland andra, fick mitt team att återvända till vals-hypotesen.

Flödesschema som visar de viktigaste stegen i utvecklingen från valsar till hjul.

Viktiga steg i utvecklingen av de första hjulen, från enkla valsar till en hjul-och-axel-struktur där en smal axel är kopplad till stora solida skivor, eller hjul, i båda ändar. Kai James

En vändpunkt

Övergången från valsar till hjul kräver två viktiga innovationer. Den första är en modifiering av vagnen som bär lasten. Vagnens botten måste utrustas med halvcirkelformade uttag som håller valsarna på plats. På så sätt dras valsarna med när operatören drar vagnen.

Denna innovation kan ha motiverats av gruvmiljöns trånga utrymmen, där det skulle ha varit särskilt besvärligt att ständigt bära använda valsar tillbaka till vagnens framsida.

Upptäckten av valsar med uttag markerade en vändpunkt i hjulets utveckling och banade väg för den andra och viktigaste innovationen. Nästa steg innebar en förändring av själva valsarna. För att förstå hur och varför denna förändring skedde, vände vi oss till fysiken och datorstödd ingenjörskonst.

Simulering av hjulets utveckling

För att påbörja vår undersökning skapade vi ett datorprogram som simulerade utvecklingen från en vals till ett hjul. Vår hypotes var att denna omvandling drevs av ett fenomen som kallas "mekanisk fördel". Samma princip gör att tänger kan förstärka användarens greppstyrka genom att ge extra hävstång. På liknande sätt, om vi kunde ändra formen på valsen för att skapa mekanisk fördel, skulle detta förstärka användarens kraft och göra det lättare att skjuta vagnen framåt.

Vår algoritm modellerade hundratals möjliga valsformer och utvärderade hur var och en presterade, både vad gäller mekanisk fördel och strukturell styrka. Det sistnämnda användes för att avgöra om en viss vals skulle gå sönder under lastens vikt. Som förutspått konvergerade algoritmen slutligen mot den bekanta hjul-och-axel-formen, som den ansåg vara optimal.

Detta diagram visar tolv illustrationer, från bilder av valsar till en hjul-och-axel-struktur.

En datorsimulering av utvecklingen från en vals till en hjul-och-axel-struktur. Varje bild representerar en design som utvärderats av algoritmen. Sökningen konvergerar slutligen mot den välkända hjul-och-axel-designen. Kai James

Under algoritmens gång presterade varje ny design något bättre än sin föregångare. Vi tror att en liknande evolutionär process ägde rum bland gruvarbetarna för 6 000 år sedan.

Det är oklart vad som ursprungligen fick gruvarbetarna att undersöka alternativa valsformer. En möjlighet är att friktionen vid kontaktpunkten mellan vals och uttag fick det omgivande träet att nötas bort, vilket ledde till en viss avsmalning av valsen vid kontaktpunkten. En annan teori är att gruvarbetarna började göra valsarna smalare så att deras vagnar kunde passera över små hinder på marken.

Oavsett orsak gjorde denna fördel, tack vare sin mekaniska fördel, att avsmalningen av axelområdet gjorde vagnarna lättare att skjuta. Med tiden gynnades de bättre fungerande designerna om och om igen, och nya valsar tillverkades för att efterlikna dessa toppresterare.

Följaktligen blev valsarna allt smalare, tills allt som återstod var en tunn stång med stora skivor i båda ändar. Denna enkla struktur markerar födelsen av det vi idag kallar "hjulet".

Enligt vår teori fanns det inget exakt ögonblick då hjulet uppfanns. Istället, precis som arters evolution, uppstod hjulet gradvis genom en ackumulering av små förbättringar.

Detta är bara ett av många kapitel i hjulets långa och pågående utveckling. Mer än 5 000 år efter Karpaternas gruvarbetares insats uppfann en parisisk cykelmekaniker radiella kullager, vilket återigen revolutionerade hjuldriven transport.

Ironiskt nog är kullager konceptuellt identiska med valsar, hjulets evolutionära föregångare. Kullager bildar en ring runt axeln och skapar en rullande kontakt mellan axel och hjulnav, vilket minskar friktionen. Med denna innovation slöts cirkeln i hjulets utveckling.

Detta exempel visar också hur hjulets utveckling, precis som dess ikoniska form, följer en slingrande väg – utan tydlig början, utan slut, och med otaliga tysta revolutioner längs vägen.

References

• How was the wheel invented? Computer simulations reveal the unlikely birth of a world-changing technology nearly 6,000 years ago, Kai James (2025.06.11) | The Conversation
• Images (copyright reason), and links in the English original
• Artikeln är publicerad med tillstånd
• Om den mycket stora forskar-och mediaplattformen The ConversationORD i BiBB
• kreationismORD i uppslagsverket BiBB
• About BiBB, a media company and an encyclopedia 4.0

Author

Kai James, Professor of Aerospace Engineering, Georgia Institute of Technology

Kommentarer

1. Din kommentar // Namn, titel (2025....)

The Conversation: 2025.06.11 Publicerades i BiBB: 2025.07.09

---



SMS:a en kommentar
genom att klicka här [ öppnar din app ] SMS:a en kommentar till 076 034 32 20 eller mejla.

Kategorier 20 The Conversation 100



Förslag till förbättringar av BiBB är välkomna



You know a lot, we may add a little^®