已故的伟大工程师:罗伯特·威廉·汤姆森发明了空中车轮和自来水笔

1873年3月29日，《伦敦新闻画报》刊登了一则简短的讣告，称“已故爱丁堡c.e. R. W.汤姆森先生”。也许这是一个更有尊严的时代的标志，但这篇安静的散文概述了“这位杰出的苏格兰工程师”的职业生涯，与21世纪《苏格兰杂志》对这位男人的评价形成了鲜明的对比，“他没有因为他的新轮胎而受到赞扬，但他让他的母亲高兴。”这个非正式的假设是基于一则轶事，描述了汤姆森的“发明生涯始于17岁，当时他重新改造了母亲的滚筒，这样湿衣服就可以在两个方向上通过滚筒。”汤姆逊经常被称为苏格兰被遗忘的发明家，他的名字并不像他的同胞约翰·洛吉·贝尔德、亚历山大·格雷厄姆·贝尔、查尔斯·麦金塔、詹姆斯·瓦特或约翰·邓洛普那样容易进入人们的记忆，但这位发明了“空中车轮”(以及钢笔、蒸汽表和液压干船坞的改进)的创新者对19世纪的工程学有着同样大的影响。

“空中车轮”是汤姆森对今天的充气轮胎的称呼。虽然关于谁是最初的发明者的争论还在继续——这是另一个“多重发现”的经典例子——但毫无疑问的是(正如他在《大英百科全书》中所写的那样)1845年，“汤姆森获得了充气轮胎的专利——实际上是一个空心的皮革轮胎，里面有一个充满空气的橡胶织物管”，这为当时轮式车辆的振动问题提供了解决方案。随后，这位20岁出头的工程师在法国和美国获得了专利。1847年3月，安装在几辆马车上的“车轮”提高了乘客的舒适度，减少了道路噪音，在伦敦摄政公园公开展示。据称，当时汤姆森的一套轮胎跑了1200英里而没有变质。

罗伯特·威廉·汤姆森(不要和更知名的工程师威廉·汤姆森或开尔文勋爵混淆)于1822年6月29日出生在苏格兰东北部的斯通黑文，就在几天后，查尔斯·巴贝奇发表了他开创性的“差分机”建议，即现代计算机的先驱。那是一个社会和知识大变局的时代。当商博良正在用罗塞塔石碑破译象形文字时，商店扒手正在纽盖特监狱外被绞死。就在土木工程巨头莫伦姆公司诞生的同一年，汤姆森的第二故乡爱丁堡也发生了公开鞭打事件。他的父亲想让年轻的罗伯特进入教堂，但他无法掌握拉丁语，使他成为不适合牧师的候选人。在不清楚的情况下，14岁的汤姆森移民到美国，在查尔斯顿和他的叔叔住在一起，给一个商人当学徒。两年后，他回到苏格兰，在当地一位织工和数学家的指导下学习了化学、电学和天文学原理。

在经历了动荡不安的青年时代后，汤姆森的生活将他带向了工程的方向，当时他的父亲给了他一个工作室，在那里发生了他母亲重新设计轧辊的故事(可能是杜信的)。在这个时候，17岁的他还设计了带锯，并完成了他的椭圆旋转蒸汽机的第一个工作模型，他在他的职业生涯中不断改进。作为一名工程学徒，他去了阿伯丁和邓迪，后来在爱丁堡的一家土木工程师公司工作，在那里他设计了一种利用电力远程引爆炸药的方法，被采矿业采用。他对炸药的兴趣使他来到伦敦，在迅速发展的铁路行业工作，一度为承包商威廉·库比特爵士和罗伯特·斯蒂芬森工作。这反过来又导致汤姆森在1844年成立了自己的铁路工程咨询公司，在该公司的旗帜下，他提出了一条东部郡铁路的线路，随后被议会接受并最终开发。这一切都是在23岁时实现的。

轮子在每一次转动中都会产生一个气垫

罗伯特·威廉·汤姆森(1822-1873)

也正是在这个时候，汤姆逊职业生涯的核心杰作诞生了。他的“马车车轮改良等”专利的介绍性文字。(美国第5104号)应该是充气轮胎历史上最著名的一篇文章:“我所述发明的本质在于在车轮轮胎周围应用弹性轴承，目的是减少牵引车轮所需的动力，使其运动更容易，并减少运动时产生的噪音。”他接着解释说，他的创新策略更倾向于使用“由一些气密和不透水的材料(如硫化caoutchouc或杜仲胶)组成的空心皮带，并在皮带上充气，这样车轮在运行的每个阶段都会向地面、轨道或轨道提供一个气垫。”

虽然今天我们可能不会马上把“硫化caoutchouc”理解为“硫化橡胶”，或者把“弹性轴承”理解为“内胎”，但他的“空气垫”具有现代意义，而自1847年专利年以来，设计的主要理念一直没有改变。尽管他的发明具有诸多优势，但汤姆森的轮胎从未投入生产，主要原因是需求不足，加上内胎所需的橡胶成本高昂，这意味着空中轮无法进行商业生产。在1847年，即使一个企业能够以安装一个轮胎的42英镑的价格维持下去，正如一位历史学家所观察到的那样:“路上不仅没有汽车，甚至没有自行车可以使用他的轮胎。”正如《大英百科全书》所解释的那样，充气轮胎被遗忘了近半个世纪，历史将第一个实用充气轮胎归功于汤姆逊的苏格兰同胞约翰·博伊德·邓禄普。尽管邓禄普知道了汤姆森的专利，但他的名字已经与这项创新密不可分，他还是在1888年10月31日申请了自己的专利。四年后，根据《哈钦森科学传记词典》(Hutchinson Dictionary of Scientific Biography)，“邓禄普的专利因被遗忘的苏格兰人罗伯特·威廉·汤姆森(Robert William Thomson)的现有技术而被宣布无效。”1890年，邓禄普在贝尔法斯特的工厂开始批量生产自行车轮胎，1895年，法国实业家André米其林将这项技术应用到汽车上。

到了19世纪中期，汤姆逊转向了其他领域，传统上被认为是他在1849年“发明”了钢笔。这种说法几乎肯定是言过其实了，因为第一个自来水笔的英国专利于1809年5月颁发给了弗雷德里克Fölsch。几十年过去了，不断有相互竞争的专利申请，这意味着更准确的说法可能是，汤姆森设计了一种自来水笔(强调斜体字)，其创新之处在于它的自动填充机制。专注于他职业生涯中的这一时刻，往往会掩盖汤姆森其他更重要的工程成就，当时的讣告称，这些成就包括“机车牵引蒸汽机……便携式蒸汽起重机和椭圆旋转发动机，以及改进的液压浮船坞”。这份文件还详细描述了汤姆逊如何在1852年搬迁到荷属东印度群岛(现在的印度尼西亚)爪哇岛，在那里他受命监督一个甘蔗种植园的机械化，同时他也成为了该种植园的商业合伙人。在世界的另一边，汤姆森遇到了他的妻子克拉拉——在他死后，克拉拉将继续根据她丈夫的工作提交专利——在热带地区生活了10年之后，这对夫妇于1862年回到爱丁堡。

按照今天的标准，汤姆逊的一生很短暂，他从自己的发明中积累了大量财富，50岁时在爱丁堡豪华的马里广场(Moray Place)联排别墅中舒适地去世。他的妻子后来嫁给了数学家、剑桥使徒莫尔顿勋爵，而他的女儿埃尔斯佩思则嫁给了《柳林风声》的作者肯尼斯·格雷厄姆，这部作品通常被视为对维多利亚时代科技崛起以及工业革命对农村生活影响的哀叹。汤姆森会如何看待阿鼠、鼹鼠和獾对蟾蜍先生对汽车的痴迷的抵制，这是一个值得猜测的问题。但作为一名对机器进化做出巨大贡献的工程师，他的感受无疑是复杂的。