גוטפריד וילהלם לייבניץ
מדע והנדסה > טכנולוגיה

ב-1906, גרלנד פרסם כרך של כתבי לייבניץ בנוגע להמצאות הפרקטיות הרבות שלו ולעבודתו ההנדסית. נכון לעכשיו, מעט מאוד מבין הכתבים האלו תורגמו לאנגלית. מכתביו, עולה כי לייבניץ היה ממציא רציני, עם כבוד רב להבטים הפרקטיים של החיים. כשהוא מיישם את המוטו שלו theoria cum praxi – "תאוריה הופכת למעשה", לייבניץ טען שתאוריה חייבת להיות משולבת עם התנסות ביישומים פרקטיים, ולכן הועלה על נס לפעמים כאבי המדע היישומי. הוא תכנן מדחפים מונעי רוח, משאבות מים, מכונות כרייה כדי להוציא שמן, מכבשים הידראוליים, מנורות, צוללות, אמצעי ניווט ימי, שעונים ועוד. הוא אף הציע שיטה להוצאת המליחות מן המים (התפלת מים). בהתכתבות עם דני פפן, השניים הגו את הרעיונות התאורטיים העומדים בבסיס מנוע הקיטור, ויחדיו תכננו את מנוע הקיטור הראשון. אף שהיה זה אב טיפוס פשוט למדי למנוע הקיטור, הרעיונות שהדגים היו בין הגורמים שהתניעו את תחילת המהפכה התעשייתית.
בין השנים 1680 ל-1685 נאבק לייבניץ להתגבר על השיטפונות הכרוניים באזור הרי הארץ, אך לא הצליח. לייבניץ ניסה לרתום את אנרגיית הרוח לכדי שימוש מעשי במכרות הרי ההארץ, וקיימים מתווים תכנוניים רבים שלו שנועדו לממש חזון זה (על אף שמבחינת לייבניץ, פרויקט הכרייה הזה הסתיים בכישלון). הוא תכנן אוטומציות רבות כדי לייעל את תהליך הכרייה, אך רבות מההמצאות האלה לא היו יכולות לבוא לידי מימוש בזמנו. בין התכנונים והתרשימים הרבים שלו שתי דוגמאות מהתחום של בקרה אוטומטית בולטות במיוחד: אלו הם התרשים שלו למכונה שתפנה באופן אוטומטי את המפרשים של טחנת רוח לכיוון הרוח, והקונספציה שלו של מנגנון בלימה אוטומטי כדי לשלוט במהירות הסיבוב של המפרשים של טחנת רוח.
במאמר "Leibniz's "inventum memorabile" :the conception of speed control from march 1686", סיפק המחבר פרטים רבים על המאפיינים הפונקציונליים של מנגנון הבלימה של לייבניץ, והראה שמנגנון ויסות המהירות הזה הוא למעשה מנגנון מכני מבוסס משוב במובן המודרני, אשר על אף שלא התניע את תורת הבקרה, הקדים באופן מובהק התקדמויות רבות מאוחרות יותר.
תורת החישוב
לייבניץ עשוי להיות מדען המחשב ותאורטיקן המידע הראשון. מוקדם בחייו, הוא המציא את מערכת המספרים הבינארית. הוא חזה את האינטרפולציה הלגרנז'יאנית ותורת המידע האלגוריתמית. לקלקולוס רציונליזטור שלו יש מאפיינים דומים לאלו של מכונת טיורינג אוניברסלית. ב-1934, נורברט וינר טען שהוא מצא בין כתבי לייבניץ תיאור של מושג המשוב, המרכזי לתאוריית הקיברנטיקה של וינר.
ב-1671, לייבניץ התחיל להמציא מכונה שתוכל לבצע את כל 4 הפעולות האריתמטיות, ובהדרגה שיפר אותה לאורך מספר שנים. מכונת החישוב שפיתח, מחשב הפסיעות (ה-stepped reckoner), משכה תשומת לב רבה והייתה הבסיס לבחירתו לחברה המלכותית ב-1673. מספר מכונות כאלה נעשו במהלך השנים שעשה בהנובר, בידי איש מלאכה שעבד תחת השגחתו של לייבניץ. זאת לא הייתה הצלחה מיידית כי לייבניץ לא הצליח להפוך למכני באופן מלא את פעולת הנשיאה (carry operation). ב-1674 לייבניץ עמל רבות כדי לבנות דגם "אנליטי" של מכונת החישוב שלו – מכשיר לקביעת הפתרונות של משוואות, ובשני כתבי יד מדצמבר 1674 תיאר מכונה שמסוגלת אף לפתור משוואות אלגבריות (מכונה שנקראה על ידי לייבניץ Instrumentum Algebraicum). מכונה זאת לא התבססה על גלגלי שיניים, אלא על מנגנון מכני מורכב שכלל מוטות, מיתרים, גלגלות ומפרקים כדי לממש מכנית את החישוב של פונקציות פולינומיות, ועל כן היא מהווה בפני עצמה נקודת ציון בהיסטוריה של מחשבים אנלוגיים. שנים רבות מאוחר יותר, יוהאן אנדראס זגנר המציא באופן בלתי תלוי מנגנון מכני דומה, וב-1770 הממציא האנגלי ג'ון ראונינג המציא דגם מתפקד נוסף של מכשיר כזה.
לייבניץ גם תכנן מכונת הצפנה (שכעת שוחזרה), שנתגלתה על ידי ניקולאס רשר ב-2010. עוד בטרם בנה את המכונה, לייבניץ פיתח רעיונות קריפטוגרפיים שהנחו אותו בבנייתה. לייבניץ ראה שצפני ההזזה הפשוטים בהם נעשה שימוש נרחב באותה תקופה הם קלים מדי לפריצה, ועל כן פיתח מכונה מורכבת בהרבה, כזו המבוססת על הצפנה פוליאלפביתית. מכונת ההצפנה שלו ראויה לציון גם בשל העובדה שהייתה אחת המכונות הראשונות ששילבו מנגנון הזנת קלט דמוי מקלדת מחשב. הסבר מקיף על אופן הפעולה שלה ניתן במאמר העדכני "Leibniz and cryptography" של ניקולאס רשר.
לייבניץ הלך וחתר בהדרגה לקראת מושגים של תוכנה וחומרה אשר פותחו רק הרבה יותר מאוחר על ידי צ'ארלס בבג' ועדה לאבלייס. כתביו מעידים כי הבין היטב את החשיבות הייחודית שיש לחישובים בבסיס בינארי (כלומר בספרות של 0 ו-1) לצורך מימוש פעולות בוליאניות (פעולות לוגיות), והוא אף הותיר אחריו מתווה תכנוני למכונת חישוב בינארית – ב-1679, בזמן שהרהר על האריתמטיקה הבינארית שלו, לייבניץ דמיין מכונה שבה מספרים בינאריים יהיו מיוצגים באמצעות גולות, הנשלטות באמצעות מיון ראשוני של כרטיסים מנוקבים. המכונה המופשטת שתיאר (בחיבורו De progressione Dyadica) עבדה ללא שימוש בגלגלי שיניים או גלילים – אלא רק באמצעות גולות, חורים (שלפי תיאורו יכולים להיות במצב "סגור" או "פתוח", באנלוגיה למעגל חשמלי שיכול להיות דלוק או כבוי), מקלות ותעלות להובלה של הגולות. כתבים אחרים של לייבניץ מכילים אף מתווה לבניית ממיר עשרוני-בינארי (ששוחזר לאחרונה): מעין מכשיר המתווך בין מפעיל המכונה הבינארית (שעושה שימוש בבסיס עשרוני) למכונה עצמה (שעושה שימוש בבסיס בינארי). הצעה זו ראויה לציון, ומשום שלייבניץ התייחס בה לראשונה לממשק אדם-מחשב, כלומר לבעיות הנוגעות לתרגום לשפת מכונה ולנוחיות התפעול שלה בידי המשתמש. המחשבים האלקטרוניים הדיגיטליים המודרניים מחליפים את הגולות של לייבניץ המונעות בידי הכבידה באוגרי הזזה, הפרשי מתח ופולסים של אלקטרונים, אבל המבנה הבסיסי ועקרון העבודה שלהם הוא בדיוק כפי שלייבניץ תיאר ב-1679.