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Johann Wolfgang war der Sohn des k.k. Hofkammerrats Engelbrecht von Kempelen.
Er studierte in Pressburg (Bratislava), später in Raab (Györ), Wien und Rom Philosophie und Rechtswissenschaft. Er übertrug das Gesetzbuch Maria Theresias ins Deutsche, wodurch die Kaiserin auf ihn aufmerksam wurde und ihn sich vorstellen ließ. Sie ernannte ihn zum Concipisten der ungarischen Hofkammer. Nach einigen Jahren wurde er zum Hofkammerrat befördert, leitete den Bau des königlichen Schlosses in Ofen und verwaltete das gesamte Salzwesen Ungarns. Kempelen wurde 1786 zum Hofrat bei der vereinigten siebenbürgisch-ungarischen Hofkanzlei ernannt und trat 1789 in den Ruhestand.
Er stellte auch Radierungen her. Insbesondere widmete er sich aber mechanischen Konstruktionen. So konstruierte er zum Beispiel einen Setzkasten und eine Druckmaschine für den Blindenunterricht sowie eine Sprechmaschine.
Er baute die erste Maschine, mit der es möglich war nicht nur Laute wiederzugeben, sondern ganze Worte und Sätze. Seine sprechende Maschine kann auch als eines der ersten Open-Source Projekte angesehen werden, da er sie detalliert beschrieb, um Interessierten einen Nachbau zu ermöglichen und vor allem die Weiterentwicklung zu fördern.
Die Funktionsweise von Kempelens Maschine basiert auf einem möglichst naturgetreuen Nachbau des menschlichen Sprechorgans. Dabei wird die Lunge durch einen Blasebalg und die Nase durch ein zusätzliches kleines Rohr simuliert. Wird dessen Ende zugehalten, können Nasallaute hervorgebracht werden.
Am bekanntesten ist er aber für seinen Schachtürken (siehe Schachcomputer), in dem ein in einem Holzkasten sitzender Schachspieler eine türkisch gekleidete Figur steuerte.
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