意大利的乌菲兹美术馆，藏有一页古旧的手稿，它也许是人类最早的对飞行器的系统研究图。列昂纳多·达·芬奇——手稿的作者，在同一时期绘制过许多飞行器草图。手稿的背面，是一幅鸟的俯冲轨迹图，旁边带有注解。很明显，达·芬奇的研究已经偏离了实践和机械的层面，开始涉及动物学和理论科学。
其实，在此之前的几百年里，许多顶尖的机械师都梦想过飞上天空。他们也曾做过一些尝试，但是从科学的角度来看，这些尝试意义不大。直到达·芬奇定居米兰，把飞行从神话变成了科学。
15世纪90年代末，达·芬奇结合解剖学和机械学（重力及运动）原理，开始设计载人飞行器。他首先研究人体比例，并且观察重量在运动过程中所表现出的各种特征。早在15世纪80年代，达·芬奇就开始观察和测量人体的运动潜力。他绘制了大量的素描，来表现人体的不同姿态和空间位置，目的正是了解人的力量潜能。这段时期，他对飞行器的研究重点，也集中在了解人体的力量潜能上。他那张著名的“扑翼”图（《巴黎手稿B》80r）就和动物世界毫无关系。图中交替拍打的翅膀虽然类似于昆虫的翅膀，但是从机器的形状来看（一只半圆的船体连接着四片机翼，能容纳飞行员），它和动物学并没有关联。
16世纪初，达·芬奇回到佛罗伦萨，开始系统地探索人类的飞行。他把注意力转向动物学和大自然。经常整天待在户外，观察鸟类飞行的特征。每当此时，他就会拿出草稿本，一边画速写，一边做笔记，手稿L和手稿Kl都属于这种类型的小速写。正因为如此，手稿Kl的笔记有两种版本，一版是野外的观察记录，另一版是回到工作室后的补充笔记。《鸟类的飞行》手稿（比其余稿纸略大）也属于同一时期，它之所以罕见，是因为达·芬奇的笔记通常天马行空、包罗万象，而这本手稿却只有一个主题：飞行。它不仅囊括了自然界的飞行，也包含了一些飞行器的设计图。在这个时期，达·芬奇沉迷于大胆模仿自然界的鸟类，模仿它们的形态和动作。只要对《鸟类的飞行》稍加分析，就不难发现这一点。整本手稿分成两个主要部分：一部分集中研究扑翼飞翔（通过拍打翅膀获得前进的动力）；另一部分则关注在有风的情况下，如何保持飞行平衡。有趣的是，每个部分又包含了两类研究：一、通过气体力学和解剖学理解鸟类的飞行技巧。二、机械研究。他似乎想制造出一个能够模仿自然飞行的完美机器。
达·芬奇深信，人类能够模仿鸟类在天空翱翔。这种信心源自他对自然的总体观念——即生命之间有着深刻的相似之处。在研究对比解剖学的时候，他曾经通过图画展现人类和其他动物之间的共同点。例如，一些动物靠四肢爬行，而人类在婴儿时期也是如此。随着年龄的增长，下肢逐渐能够完全支撑人的身体，而许多四足动物也能做到这一点。由于人类和动物如此相似，达·芬奇深信：人类能够飞行，并且能依赖自己的肌肉提供飞行的动力。
在生命晚期，达·芬奇一方面更沉迷于空气静力飞行研究；另一方面，他减少了对机器的研究，并开始着重研究纯理论。他甚至不再研究鸟类的飞行技巧，而是间接地研究气流的定律。即使在这个时期，他还是经常谈论飞行的话题。著名意大利画家瓦萨里和洛马佐也曾经记录过他的一些实验结果。他常常用自动机关来做小鸟模型，或者给弹力材料充气，做一些会飞的小玩意儿。他也许仅仅是为了消遣，或者只是为了好玩。而这种无奈的命运，笼罩着达·芬奇在机械领域里的所有研究。
机械翼运作原理
这是《图谱抄本》中的一页，是达·芬奇30岁左右的作品。这幅图非常有趣。首先，它是画在一张典型的工程图纸上的。其次，它体现了飞行器和自然飞行之间的联系——这也是人类对此最古老的探索之一。此外，它还展现了达·芬奇在飞行研究方面的独创性和这种创造的迷人魅力。
遗憾的是，我们并不知道每一页手稿的绘制顺序。也许他先画了右边的蜻蜓和左边的昆虫，这些都只是寥寥数笔。他不想描绘太多的细节，只是希望能捕捉某种印象而已。在旁边的注释中，他写道，通过对昆虫的观察，他发现当前面的一对翅膀向上摆动的时候，后面的一对翅膀就会向下摆动，以保证身体在空气中得到支撑。这组草图和注释，是在研究自然飞行的手稿的左上方，画着一片由两部分组成的机械翼（内部和外部）。机械翼拍打的时候，每当外部的双翼上升，内部的双翼就会下降，通过不断拍打空气，使飞行器能悬浮在空中。这种人造翼的原理很明显是通过观察和模仿自然飞行得来的。
蜻蜓翼
《艾仕本罕手稿I》原本是《巴黎手稿B》的一部分，但是它在19世纪被盗，不久后失而复得。这部分手稿的绘制时间大约是在1485-1490年的米兰时期。
当时，达·芬奇正在研究载人飞行，但是他也从未忽略研究飞行中的动物，并以此作为飞行器的核心基础，这张手稿的部分研究就是与自然飞行有关的。达·芬奇绘制了许多能够飞行的动物：飞鱼、蝙蝠、蜻蜓（也有人把它看成是蚁狮，一种和蜻蜓相似的飞行昆虫）和另外一只会飞的昆虫。从另一个层面上看，这幅图主要用于研究动物，但是更进一步讲，它是在对各种动物的形态进行比较。达·芬奇终其一生笃信亚里士多德派的生物学，并一直尝试从这个角度来解释自己观察到的现象。他将四翅昆虫和用翼膜飞行的动物进行比较，并被其中的差异深深吸引。然而他最感兴趣的还是这两种翅翼的相似性。这一点从他画的飞鱼上面很容易看出来。手稿上的飞鱼翅翼颜色较深，同时他在另一张手稿上写有这样的记录：飞鱼是一种在水中和空中都能轻快飞行的动物。通过这种对比，达·芬奇研究了水和漩流，希望能借此掌握空气的运动规律。由于空气是看不见、摸不着的，直接研究它的运动规律存在一定的困难。达·芬奇经常把存在不同元素的物体进行比对，其中包括人类的比对，而这幅飞鱼图无疑是一个典型例子。在他看来，人类想要在天空翱翔，就必须模仿其他动物。因此这些对比动物学的研究是和飞行器息息相关的。达·芬奇在这个时期设计的机械翼基本上都是双翼（手稿中有两只双翼昆虫）或者是用于模仿蝙蝠和飞鱼的薄膜翼。
螺旋桨
这项螺旋桨的研究出现在《巴黎手稿B》里，设计理念是通过旋转，达到升空飞行的目的。这幅图和手稿中的其他画作一样，都是用墨水绘制的，因为墨水线条画能够快速准确地完成绘画。当达·芬奇着眼于载人飞行，他把大量的精力投放在了研究人体潜力上（飞行器的唯一动力来源）。同时，他也着眼于飞行必须克服的另一个方面——空气，因为飞行器必须在空气中运行。螺旋桨的概念也正是在这种研究的前提下产生的。达·芬奇认为，空气与水的区别在于，如果添加足够的压力，空气就可以被压缩。《巴黎手稿B》88v中最杰出的研究之一，便是用于验证这种想法的一则随笔。螺旋桨的设计也来源于这一系列的想法。机器外围的阴影部分，有效地表现出空气的存在。如果空气能够被压缩，就意味着它有物质密度。在这个结论的基础上，达·芬奇相信螺旋形的机器，如果能够快速旋转，就能拾升自身，实现飞行。这部机器能够钻穿流动的空气，就像螺丝刀能够钻穿固体物质一样。而实现这种运动的关键就是旋转速度。因此在最后的分析中，问题又集中在了另一个焦点上——怎样才能获得足够的动力呢？和达·芬奇的许多项目一佯，这个问题最终没有得到完全解答。达·芬奇并没有说明，这个力量是来自人力，还是来自迅速放开扭紧的绳索，就像陀螺那样。事实上，达·芬奇只在飞船项目上研究过动力来源。他的研究给后人留下这么一个印象：达·芬奇并不想研究出一架能够飞行的机器，而是在研究许多不同领域的理论，包括人体动力学、空气的物理特征等等。他在每个领域里调查研究，并且运用具体的项目来展现自己的理论研究结果。螺旋作为一种机械形式，在水利工程中随处可见（阿基米德螺旋泵、蜗杆螺钉等），但是在飞行器设计中出现，这还是有史以来第一次。
飞行器
《巴黎手稿B》中的这幅速写，加上下面的3条注释，组成了一个复杂的体系。事实上，所有的注解都和图画中的机器有关。这张手稿的绘画风格和注释构成了一种有机的统一。速写本身非常完整，线条清晰干净，而整个注释的结构则非常规整。这是达·芬奇15世纪90年代的典型风格：当时，他的才智已经显露出某种杰出的平衡，而这种平衡则在他的绘画中表露无遗。但是我们必须明白，这种境界来之不易。即便我们现在看到的是非常工整的手稿，它也仅仅是达·芬奇的工作笔记，完全是为自己绘制的。笔记中不同的书写风格就说明了这一点。一开始，达·芬奇画出了主图，并写下第一条注释。不久之后，他重回此页，写下了其余的注释。达·芬奇几乎一直都是这么工作的。对他来说，每页手稿都像是一块画布，他不断在上面添加“笔触”：有时候添加的是文字，有时候添加的是图形——只要“画布”还有空隙，他就可能不断地添加下去。
(摘自《达·芬奇机器》，南方日报出版社2015年4月版，定价：76.00元)
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