در‌اين بخش به برخي از زمينه‌هاي علمي و فناوري‌هايي پرداخته مي‌شود که دستيابي به آنها حاصل خودباوري مهندسين و دانشمندان اسلامي و‌ايراني در طول تاريخ بوده است.

4-2-1- قنات

کاريز يا قنات به مجراي تونلي شکلي که در زير زمين کنده شده تا آب در آن جريان يابد گفته مي‌شود.‌اين مجرا که در عمق زمين براي ارتباط دادن رشته چاه‌هايي که ازمادر چاه سرچشمه مي‌گيرد به منظور هدايت آب و مديريت آب براي کشاورزي و ساير مصارف به کار گرفته مي‌شود.‌اين کانال ممکن است تا رسيدن به سطح زمين چندين کيلومتر طول داشته باشد و سرانجام آب‌اين کاريزها به روي سطح زمين مي‌آيند که به‌اين محل دهانه کاريز، سر قنات، يا مظهر مي‌گويند که در شکل 4-1 نشان داده شده است.

شکل 4-1: سيستم قنات

قنات يا كاريز يكي از شگفت‌انگيزترين كارهاي دسته‌جمعي تاريخ بشري است كه براي رفع يكي از نيازهاي مهم و حياتي جوامع انساني، يعني آب‌رساني به مناطق كم آب و تأمين آب شرب انسان، حيوان و زراعت و با كار گروهي و مديريت و برنامه‌ريزي به وجود آمده است.‌اين پديده شگفت‌انگيز آبرساني، از ديرباز و از عصر آهن به‌ عنوان يكي از منابع تأمين آب شرب و كشاورزي در مناطقي كه با خطرات خشكسالي در فلات‌ايران روبه‌رو بوده‌اند، نقش كليدي و مؤثري در نظام اقتصادي و حيات اجتماعي كشور داشته و موجب شكوفايي اقتصاد كشاورزي و‌ايجاد كار و فعاليت‌هاي متعدد شهري و روستايي و باعث آرامش مردم بوده است. به گواه تاريخ و كشفيات باستان‌شناسي‌اين فناوري مهم از ابتكارات ويژه‌ايرانيان بوده و به تدريج، به ساير مناطق جهان، از جمله منطقه اروپاي غربي، شمال آفريقا، چين و حتي به بخش‌هايي از آمريكاي جنوبي چون شيلي راه يافته است.

يکي از دانشمنداني که مطالعات زيادي در زمينه روش‌هاي استخراج آب‌هاي زيرزميني نمود، ابوبکر محمد بن حسن کرجي است. همانطور که قبلا در فصل دوم اشاره شد، از مهمترين آثار‌اين دانشمند سده چهارم و پنجم کتاب انباط المياء الخفيه است که درباره آب‌هاي دروني زمين و روش بيرون آوردن آنها مي‌باشد.

4-2-2- بادگير

بادگيرها برج‌هايي هستند که براي تهويه بر بام خانه‌ها ساخته مي‌شوند. بادگير را همچنين بالاي آب انبارها و دهانه معدن‌ها براي تهويه مي‌ساختند. در خانه‌ها هواي خنک از بادگير، که نوع ابتدايي تهويه مطبوع به شمار مي‌رود، به اتاق‌هاي طبقه همکف يا زيرزمين‌ها فرستاده مي‌شد. بادگير از عناصر و نماد‌هاي معماري‌ايراني است ولي در بسياري از کشورهاي غرب آسيا مورد استفاده قرار گرفته است.

بادگير از مظاهر و نمادهاي تمدن و مهندسي‌ايراني است. دقيقاً معلوم نيست اولين بادگير در کدام شهر‌ايران ساخته شده ولي سفرنامه نويسان قرون وسطي بيشتر از بادگيرهاي شهرهاي کويري و گرم و خشک مانند يزد، گناباد، طبس، کرمان، بم و زاهدان نام برده‌اند.  شهر تاريخي يزد به شهر بادگيرها معروف است و به تحقيق، نسبت به ساير شهرهاي مرکزي‌ايران داراي بيشترين تعداد و نوع بادگير است. در‌اين شهر، مرتفع‌ترين بادگير جهان يعني بادگير باغ دولت‌آباد به ارتفاع 35/33 متر وجود دارد. بادگيرهاي شهر کرمان و کاشان، زابل، بندر لافت، بندرلنگه و بندرعباس در هرمزگان نيز از بادگيرهاي ديدني‌ايران محسوب مي‌شوند.

شکل 4-2: نحوه عملکرد بادگير

عملکرد بادگير که بطور نمونه در شکل 4-2 نشان داده شده است بدين صورت است که باد مطلوب را گرفته و آن را به داخل اتاق‌هاي اصلي ساختمان، آب انبار و يا سرداب هدايت مي‌کند. در بعضي از مساجد حاشيه کوير مانند مسجد قديمي اردکان و مسجد جامع فيروز آباد در استان يزد، دريچه بادگير درست در بالاي محراب قرار دارد. به‌اين ترتيب، باد مطلوب وارد بخش‌هاي مختلف ساختمان مي‌گردد و باعث تهويه و خنکي آن مي‌شود.

بعضي از بادگيرها هم از طريق جابجايي هوا و هم از طريق تبخير عمل خنک سازي را انجام مي‌دهند. سيستم برودتي بادگير باغ دولت‌آباد از طريق روش دوم است؛ بدين صورت که جريان هوا پس از ورود به داخل ساختمان از روي يک حوض سنگي کوچک و فواره رد مي‌شود و سپس از آنجا به ساير اتاق‌ها هدايت مي‌گردد. اتاق زير بادگير که حوض و فواره در آن قرار دارد به صورت هشتي(هشت ضلعي) است و درهاي متعددي در آن وجود دارد. در هر زمان که نياز به خنک نمودن اتاق خاصي باشد، در بين آن اتاق و اتاق هشتي زير بادگير را باز مي‌نمايند.

جهت تقويت عملکرد خنک سازي بادگير و استفاده از برودت تبخيري از روش‌هاي ديگري نيز استفاده مي‌شده است. به عنوان مثال، در شهر بم بادگيري وجود دارد که از ساختمان، حدود 50 متر فاصله دارد و با يک کانال زيرزميني به آن مرتبط است. در بالاي‌اين کانال، يک باغچه قرار دارد. بعد از آبياري باغچه، رطوبت آن به ديوارهاي کانال ارتباطي نفوذ مي‌کند و نسيم بادي که از بادگير به سمت ساختمان جريان دارد را خنک تر مي‌نمايد. در بعضي از موارد نيز در روي دهانه بادگير، حصير، سوفال و يا بوته‌هاي خار قرار مي‌دادند و روي آن آب مي‌پاشيدند و بدين طريق رطوبت و برودت‌هاي هواي ورودي را افزايش مي‌دادند. تا پيش از پيدايش يخچال برقي، در بسياري از خانه‌ها، مواد غذايي را در محوطه زير بادگير نگاه مي‌داشتند تا خنک بماند و دير تر فاسد شود.

4-2-3- توسعه و ساخت وسايل پرنده

يکي از زمينه‌هايي که دانشمندان مسلمان در مورد آن مطالعات زيادي انجام داده و به پيشرفت‌هايي رسيدند، پرواز و ساخت ابزارهايي براي تحقق‌اين امر بود. يکي از دانشمندان شاخص اسلامي در‌اين زمينه عباس بن فرناس بود که در فصل دوم بطور خلاصه در مورد او بحث شد.

وي در سال 274 هجري / 887 ميلادي در شهر قرطبه به دنيا آمد. او تلاش‌هاي زيادي براي تحقق پرواز انسان انجام داد و ساليان درازي به تحقيق در‌اين زمينه پرداخت. آنگاه كه موفق به پرواز گرديد، حيرت و شگفتي اهالي قرطبه را برانگيخت. اهالي قرطبه با ديدن او در حال پرواز ـ و در حالي كه جسمش را با ابزاري آكنده از بال و پر پوشانيده بود، ـ به وحشت افتادند. هر چند كه در جريان يكي از پروازهاي خود، در حالي كه مسافتي در آسمان را پيموده بود، سقوط كرده و پشتش آسيب ديد. پرواز موفق وي در سال 950 ميلادي با ابزاري دست ساز و كاملا بر پايه‌ي محاسبات هندسي بود. ضمن آنكه وي در تحليلي علمي، سقوط خود را به عدم تعبيه‌ي دقيق « دم » براي ابزار پروازش باز مي‌گرداند كه نشان دهنده‌ي توجه وي به محاسبات پرواز است.

اهميت اقدام فرناس زماني بيشتر جلوه گر مي‌شود كه بدانيم كه وي يكي از دانشمندان بزرگ فلكي در جهان اسلام و اولين كسي است كه مبادرت به ساخت قبه‌ي آسماني نمود و آنرا در خانه‌ي خود قرار داد كه صورت‌هاي كواكب و خورشيد و ماه و نجوم و ابرها و توابع آن از قبيل رعد و برق را نشان مي‌داد.‌اين دانش قطعا در محاسبات پروازي وي، از جايگاه مهمي برخوردار بوده است. وي علاوه بر پرواز، به نوآوري‌هاي ديگري نيز مبادرت نمود كه نشان از ذهن پويا و پرسشگر وي داشته است.

4-2-4- توسعه و ساخت تجهيزات صنعتي

دانشمندان اسلامي نقشي پيشرو در توسعه تجهيزات و مکانيزم‌هاي مختلف براي راحتي بشر داشته‌اند ‌و در‌اين راه از قابليت‌هاي مهندسي مکانيک بهره گرفته و آن را رشد داده‌اند. دانشمندان زيادي در‌اين عرصه فعاليت نموده‌اند‌که در ادامه به برخي از آنها و دستاوردهاي ارائه شده توسط آنها اشاره مي‌گردد. پسران موسي يا بنو موسي از معروفترين دانشمندان مکانيک اسلامي بوده‌اند‌که دستگاه‌ها و ابداعات بسيار زيادي در زمينه مهندسي مکانيک و ساخت تجهيزات صنعتي داشته‌اند. احمد بن موسي در علم الحيل (مکانيک) استاد بود و در آن موفقيت‌هايي داشت که نه برادرانش و نه حتي پيشينيان به آن دست نيافته بودند.

کتاب الحيل اولين کتاب تخصصي در مهندسي مکانيک‌ در تاريخ تمدن اسلامي است و بي‌نظيرترين‌ کتاب‌ مهندسي‌ در تاريخ قرون مـيانه مـحسوب مي‌شود و مشهورترين اثر بنوموسي نيز هست.‌اين کتاب شامل عکس و نحوه کارکرد حدودا صد دستگاه است که 25 تاي آن را مولفان از آثار هرون و فيلون گرفته‌اند و بقيه ساخت خود‌ايشان است.‌اين دستگاه‌ها خودكار و با استفاده از خواص مكانيكي سيالات كار مي‌كنند. در‌اين كتاب طرز كار دستگاه‌هاي زيادي شرح داده شده است. مثلا طرز كار سيفون يا آبدزدك ساده، چراغي كه شعله‌هايش خودکار تنظيم مي‌شود و سوخت مي‌گيرد، يك نوع دَم براي بيرون كردن هواي آلوده از چاه‌ها و نيز بيل مكانيكي براي حفاري در كف رودخانه و دريا، تنگي كه دو مايع پشت سر هم در آن ريخته مي‌شود و سپس‌اين دو مايع را به ‌تناوب و به مقدار معلوم تخليه مي‌كند؛ يا سطل‌هاييكه دائما از آب پر مي‌شوند مگر آن‌كه مقدار زيادي آب از آن‌ها برداشته شود و نيز فواره‌هايي که شکل آن‌ها به تناوب دگرگون مي‌شود. دستگاه بنيادي ديگري که در‌اين کتاب شرح داده شده و در طراحي بسياري از دستگاه‌هاي بنوموسي از آن استفاده شده، جام عدل يا همان کاس‌العدل است و در تعريف آن گفته شده جامي است که در آن مي‌توان مقداري آب ريخت و اگر يک مثقال آب به آن اضافه شود، همه آب از آن خارج مي‌شود. از ديگر نوآوري‌هاي آن‌ها مي‌توان به شير مخروطي اشاره کرد و‌اين‌که آن‌ها براي نخستين ‌بار و پانصد سال قبل از اروپاييان ميل لنگ را در تاريخ دانش فني به کار برده‌اند.

مهم‌ترين حرکت علمي بنوموسي کوشش آن‌ها براي دست يافتن به سيستم کنترل خودکار است تا ماشين‌هايي بسازند که بدون دخالت انسان مدت زيادي کار کنند. آنها دستگاهي در سامرا ساخته بودند که گفته شده که دستگاه كره بزرگي بود كه روي آن صورت‌هاي فلكي و ستاره‌ها آمده بود.‌اين دستگاه با نيروي آب كارمي‌كرد و طوري طراحي شده بود كه هرگاه ستاره‌اي را در حال غروب نشان مي‌داد، همان ستاره در همان زمان در آسمان در حال غروب ديده مي‌شد.‌اين دستگاه ماکت الگوي نظام بطلميوسي بود. 

از ديگر دانشمنداني که در زمينه ساخت تجهيزات و ماشين آلات فعاليت نموده‌اند‌مي‌توان به ابوريحان بيروني اشاره نمود. ابوريحان بيروني در الجماهر في الجواهر اشاره‌هاي فراواني به مبحث حيل کرده است، مثل صنعت فولادسازي، نوعي لباس غواصي که غواصان بغدادي به تن مي‌کردند و با آن مي‌توانستند ساعت‌ها تنفس کنند و زير آب بمانند، جَزْع/ جَزْعه که سنگي است سخت و از آن مهره سوراخ دار دقيقي براي تنظيم جريان آبِ ساعت‌هاي آبي ميساختند، آيينه‌هاي سوزان ارشميدس، سنگ شکن براي آسياي خمير کاغذ و سنگ معدن طلا از جمله فعاليت‌هاي اوست.

ابوعلي سينا در کتاب معيارالعقول که به زبان فارسي تأليف شده است به فن جرثقال پرداخته است. در‌اين کتاب، نويسنده آلات بسيط و مرکب جرثقيل را از هم جدا کرده و آلات بسيطه را در ابواب دوم تا چهارم شرح داده آنگاه باب پنجم را در خصوص ترکيب آلات آورده است.

ابوالفتح عبدالرحمن منصور خازني در 1121-1122 کتاب ميزان‌الحکمه را تاليف نمود که از مهمترين کتب قرون وسطي در زمينه مکانيک، تعادل مايعات و فيزيک است. او در زمينه‌هاي متنوعي از جمله: نظريه گرانش)نيروي جهاني که به سوي مرکز عالم، يعني مرکز زمين، هدايت مي‌شود(، وزن هوا، اثر مويينگي، استفاده از آبسنج براي‌اندازه گيري چگالي و تخمين دماي مايعات، نظريه اهرم، استفاده از ترازو براي ترازسازي و براي‌اندازه گيري زمان مطالعه داشت.

بديع الزمان جزري در کتابهاي خود طرز کار و ساخت 50 دستگاه که خود ساخته و به کار برده را تشريح مي‌کند. دستگاه‌ها شامل ساعت‌هاي آبي و شمعي، ظرف‌ها و فواره‌هاي خودکار، وسايل آبرساني از نهر و چاه، ابزار خودکار نواختن ني و ديگر وسايل از جمله قفل رمزي و قفل کلون‌دار و ابزار هندسي است. بخش عمده اسباب و تعبيه‌هايي که وي در آن شرح مي‌دهد اختراع خود او بوده‌است. الجزري نخستين ربات قابل برنامه‌ريزي انسان نما را در اواخر عمرش ساخت. به‌اين علت او به عنوان پدر علم مهندسي رباتيک جهان شناخته مي‌شود. اختراع او، يک قايق آبي بود که در آن چهار نوازنده مصنوعي موسيقي براي مراسم و برنامه‌هاي جشن سلطنتي، آهنگ مي‌نواختند و حاضران را سرگرم مي‌کردند، سازه‌ها به صورت هيدروليک و با کمک آب برنامه ريزي مي‌شود.

4-2-5- توسعه و ساخت تجهيزات نظامي

يکي از زمينه‌هاي ديگري که دانشمندان مسلمان در پيشرفت آن نقش قابل توجهي داشته‌اند‌توسعه و ساخت تجهيزات نظامي مي‌باشد. حسن الرماح و ابن ارنبغا دو چهره شاخص در‌اين زمينه بوده‌اند. حسن الرماح دانشمند مسلمان سوري که در قرن 6 ه.ش. مي‌زيست. او دستورالعمل ساخت بيش از 100 نوع مختلف باروت با قابليت‌هاي اشتعالي و انفجاري متفاوت را در کتاب‌هاي خود درج کرده است که از‌اين تعداد در حدود 22 دستورالعمل به ساخت باروتي منجر مي‌شود که امکان استفاده در پيشرانه‌هاي راکتي را نيز داشته است. او اژدري طراحي کرد که نيروي حرکتي آن با استفاده از پيشرانه‌اي راکتي با سوخت باروت تامين مي‌شد که خروجي آن در بخش انتهايي محفظه انفجاري قرار داشت. به منظور تغيير در برد و سرعت حرکت ، از پيشرانه‌هاي راکتي بزرگتر و همچنين تغيير ترکيب باروت (با استفاده از 22 ترکيب به دست آمده) استفاده ميشد. مکانيزم انفجاري‌اين اژدر نيز احتمالا توسط فتيله‌هاي تاخيري بوده است. هر چند هيچ سندي از استفاده عملياتي از‌اين اژدر ابتکاري در جنگ‌هاي دريايي در گذشته در دست نيست اما شبيه سازي‌هاي انجام شده امروزي و نمونه‌هاي مشابه امروزي ، نشان داده‌اند‌که‌اين وسيله امکان استفاده عملياتي و حمله به کشتي‌ها در آب‌هاي آرام و بنادر را داشته است. اژدر طراحي شده توسط حسن الرماح تنها يکي از نشانه‌هاي ابتکار و نوآوري مسلمانان و برتري تکنولوژي‌هاي نظامي آن‌ها بر غرب در دوره خود است.

ابن ارنبغا الزردکاش از فرماندهان عصر مماليک ترک شام يا مصر متخصص در ساخت انواع منجنيق و وسايل پرتابي بوده است. تحول اصلي در زمينه ادوات پرتابي در دوره صلاح‌الدين‌ايوبي‌ايجاد شد که رسته‌اي ويژه در سپاه به نام «الفرقة المهندسة» بوجود آمد. کار‌اين گروه بررسي حصار شهر محاصره‌شده و تعيين جايگاهي مناسب براي نصب آلات حصار بود؛ به طور کلي‌اين گروه وظيفه بررسي چگونگي فتح شهر با کمترين تخريب را بر عهده داشت؛‌اينان با دقت در احوال شهر و با توجه به مهارتي که در‌اين زمينه داشتند، گاه از ديگر راه‌ها مانند نقب‌زني يا تغيير مجراي آب به سمت حصار براي فروريختن آن استفاده مي‌کردند؛ اما متداول‌ترين و مؤثرترين راه، استفاده از ادوات پرتابي بود. صلاح‌الدين از‌اين گروه در زمان بازپس‌گيري بيت‌المقدس در محاصره شهر استفاده کرد‌.

ايراني‌ها در آلات جنگي پديدآورنده آلتي بودند که چندين تير پي در پي مي‌انداخت و به آن «تيرتخش» مي‌گفتند. همچنين‌ايرانيان جرثقيلي ساخته بودند که با آن از دور اجسام سنگيني براي خراب کردن ديوارهاي قلعه مي‌انداختند و به آن «خشت‌انداز» مي‌گفتند.  

4-2-6- استفاده از بيوگاز براي گرم کردن حمام شيخ بهايي

شيخ بهايي يکي از دانشمندان نامدار عصر صفويه بوده است که مهارت وي در رياضي و معماري و مهندسي معروف مي‌باشد. گرم شدن حمام شيخ بهايي با يک شمع يکي از اموري است که نبوغ او در علوم مهندسي را نشان مي‌دهد.‌اين حمام با استفاده از يک سيستم پيچيده مهندسي به مدت طولاني تنها با يک شمع روشن مي‌شده است. تنها نظريه قابل قبول و شايد پذيرفته شده‌اي که هم اکنون وجود دارد‌اين است که يک سيستم سفالينه لوله کشي زيرزميني حدفاصل آبريزگاه مسجد جامع و‌اين حمام وجود داشته که با روش مکش طبيعي گازهايي چون متان و اکسيدهاي گوگردي به مشعل خزينه حمام هدايت ميشده و بعنوان منبع گرما در مشعل ميسوخته و يا‌اينکه مستقيما‌اين گازها را از مواد زايد دفع شده در خود حمام جمع آوري مي‌کردند و مورد استفاده قرار مي‌دادند.

در جريان مرمت خانه شيخ بهايي در همان نزديکي در کف زمين تنپوشه‌هاي سفالي و چاههاي مرتبطه و يک لوله آزمايش پيدا شده بود که احتمال مي‌دهند مربوط به طراحي حمام باشد. همچنين طبق مطالعاتي که توسط باستان شناسان و متخصصين انجام شده است معلوم گرديده که فاضلاب شهر اصفهان توسط لوله‌هاي جمع آوري فاضلاب وارد خزينه حمام ميشده است و طبق محاسبات دقيقي که شيخ بهايي انجام داده بود و با طراحي خاص خزينه،‌اين فاضلاب تبديل به گاز متان مي‌شد که قابل سوختن است. لجن‌هاي ته نشيني نيز بعنوان کود آلي مورد استفاده قرار مي‌گرفت. شيخ بهايي با محاسباتي که انجام داده بود، حجم لجن را براي توليد بيوگاز مشخص کرده بود و گفته بود که اگر لجن به‌اندازه‌اي که خود مشخص کرده بود برسد مي‌توانيد مقدار مشخصي از لجن را بعنوان کود استفاده کنيد. براي برداشت‌اين لجن اضافي برنامه دقيقي ترسيم شده بود و در هر زماني ميزان برداشت اهالي هر منطقه‌اي مشخص بود.

گاز توليد شده توسط فاضلاب بوسيله شعله‌هايي که تعبيه شده بود مخزن آب حمام را گرم مي‌کرد. پس از گذشت چندين سال و ضعف حکومت آن زمان که پايتخت‌ايران، اصفهان بود کشاورزان بدون برنامه و خارج از نوبت از‌اين لجن‌ها برداشت نمودند تا بعنوان کود استفاده نمايند و بدين جهت بود که‌اين شعله‌ها خاموش شدند.