Ο τροχός έφερε μεγάλες επαναστάσεις στον τρόπο ζωής των ανθρώπων και της εξέλιξη του ανθρώπινου πολιτισμού. Η ημερομηνία και ο τόπος ανακάλυψης του τροχού παραμένει άλυτο μυστήριο για τους αρχαιολόγους.
Νέα μελέτη που χρησιμοποιεί τεχνικές από τη δομική μηχανική δείχνει ότι οι μεταλλωρύχοι χαλκού στην Ανατολική Ευρώπη μπορεί να ήταν η κινητήρια δύναμη πίσω από τρεις μεγάλες καινοτομίες στην τεχνολογία τροχών ήδη από το 3900 π.Χ.
Τα αρχαιολογικά στοιχεία για τροχούς και τροχοφόρα οχήματα αφθονούν στην Εποχή του Χαλκού (περίπου 5000 έως 3000 π.Χ.) σε όλη την Ευρώπη, την Ασία και τη Βόρεια Αφρική, συμπεριλαμβανομένων σκηνών μάχης ζωγραφισμένες σε τοίχους, μινιατούρες τροχών, παιδικών παιχνιδιών, ταφές σε βαγόνια και ακόμη και πρώιμες γραπτές αναφορές στην τεχνολογία.
Όμως, επειδή ο τροχός υιοθετήθηκε τόσο γρήγορα, δεν είναι σαφές ακριβώς πού και πότε εφευρέθηκε για πρώτη φορά ή αν εφευρέθηκε ανεξάρτητα σε διαφορετικούς χρόνους και τόπους.
Υπάρχουν τρεις βασικές θεωρίες για την προέλευση του τροχού. Κάποιος προτείνει ότι πρωτοεμφανίστηκε στη Μεσοποταμία γύρω στο 4000 π.Χ. και στη συνέχεια εξαπλώθηκε στην Ευρώπη. Μια άλλη θεωρία προτείνει ότι αναπτύχθηκε γύρω από την ποντιακή ακτή της βόρειας Τουρκίας γύρω στο 3800 π.Χ. Η τρίτη σημαντική θεωρία υποστηρίζει ότι ο τροχός εφευρέθηκε στα Καρπάθια Όρη μεταξύ 4000 και 3500 π.Χ., και εξαπλώθηκε σε διάφορες κατευθύνσεις από εκεί.
Η τρίτη θεωρία, που διατυπώθηκε το 2016 από τον ιστορικό Ρίτσαρντ Μπούλιετ, ομότιμο καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Κολούμπια και συν-συγγραφέα της νέας μελέτης, βασίζεται στην ιδέα ότι, γύρω στο 4000 π.Χ., το πολυπόθητο μετάλλευμα χαλκού είχε γίνει πιο δύσκολο να βρήκε, απαιτώντας από τους ανθρακωρύχους να ταξιδεύουν βαθιά στα ορυχεία και να αποσπούν δοχεία μεταλλεύματος πίσω.
Τα μοντέλα βαγονιών της Ύστερης Εποχής του Χαλκού που έχουν βρεθεί στην περιοχή των Καρπαθίων είναι ορθογώνια με τραπεζοειδείς πλευρές — παρόμοια με τα αυτοκίνητα εξόρυξης σήμερα, έγραψε ο Μπούλιετ στο βιβλίο «The Wheel: Inventions and Reinventions».
Στη νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Royal Society Open Science», ο Μπούλιετ, ο Κάι Τζέημς μηχανικός αεροδιαστημικής στο Georgia Tech, και ο μηχανικός Λι Αλακόκ που εργαζόταν στο Πανεπιστήμιο του Urbana-Champaign στο Ιλινόι, περηγράφουν λεπτομερώς τη θεωρία τους για το πώς εξελίχθηκε ο τροχός.
Ξεκινώντας με τις γνώσεις τους για τα αρχαία συστήματα τροχών που βασίζονται σε αρχαιολογικά στοιχεία, η ομάδα χρησιμοποίησε υπολογιστική μηχανική και επιστήμη σχεδιασμού για να διερευνήσει πώς οι άνθρωποι μπορεί να έχουν μετατρέψει ένα σύνολο απλών κυλίνδρων σε σύστημα τροχού και άξονα.
Οι ερευνητές πρότειναν ότι χρειάζονται τρεις καινοτομίες για να εξελιχθεί ο τροχός. Δεδομένης της ανάγκης να μετακινήσετε ένα βαρύ καλάθι ή κουτί, οι άνθρωποι πιθανότατα χρησιμοποίησαν κυλίνδρους τοποθετημένους κατά μήκος μιας διαδρομής, μετακινώντας τους πίσω κυλίνδρους προς τα εμπρός, όπως απαιτείται.
Η πρώτη καινοτομία είναι οι αυλακωτοί κύλινδροι που θα επέτρεπε στο κουτί να ακουμπάει στους κυλίνδρους και να κινείται εμπρός και πίσω, χωρίς να χρειάζεται άνθρωποι να περπατούν γύρω του για να αντικαταστήσουν τους κυλίνδρους.
Αυτό μπορεί να επέτρεψε στους ανθρώπους να σπρώξουν ένα φαρδύ καρότσι στο ορυχείο. Η δεύτερη καινοτομία ήταν ένα σετ τροχών, ή τροχοί στερεωμένοι σε έναν άξονα, που θα μπορούσε να δώσει στο καρότσι μεγαλύτερη απόσταση για να περάσει πάνω από βράχους και άλλα συντρίμμια σε έναν άξονα ναρκοπεδίου. Και η τρίτη καινοτομία, όπου οι τροχοί κινούνται ανεξάρτητα από τον άξονα, πιθανότατα προέκυψε περίπου 500 χρόνια μετά το σετ τροχών και πρόσθεσε ευελιξία στη σχεδίαση, σύμφωνα με την εφημερίδα.
Αφού δημιούργησε ένα βελτιστοποιημένο σχέδιο σετ τροχών, η ομάδα ανακάλυψε, με βάση την υπολογιστική της ανάλυση, ότι η εξέλιξη του τροχού και του άξονα από απλούς κυλίνδρους ήταν μια εύλογη διαδρομή καθόδου που αντικατόπτριζε έναν ολοένα και πιο ενεργειακά αποδοτικό σχεδιασμό. Αλλά τα ορυχεία των Καρπαθίων μπορεί να επηρέασαν και τον σχεδιασμό.
Όμως, οι ερευνητές ανέφεραν ότι ο τροχός δεν σταμάτησε να εξελίσσεται στην Εποχή του Χαλκού. Για παράδειγμα, η εφεύρεση των ακτινωτών ρουλεμάν το 1869 οδήγησε σε σημαντικές προόδους στις βιομηχανίες αυτοκινήτων και μηχανών τον 20ο αιώνα.
Αν και το νέο μοντέλο μπορεί να εξηγήσει πώς εφευρέθηκε ο τροχός στην Ανατολική Ευρώπη, δυνητικά εξαπλωμένος από εκεί, μπορεί να μην είναι η τελευταία λέξη για το θέμα. «Πιστεύω ότι είναι ακόμα πιθανό πολλοί πολιτισμοί να ανακάλυψαν από μόνοι τους τον τροχό», ανέφερε ο Τζέιμς.
Η προσέγγιση υπολογιστικού σχεδιασμού που ακολούθησαν οι ερευνητές σε αυτή τη μελέτη θα μπορούσε ενδεχομένως να εφαρμοστεί σε άλλα αρχαιολογικά ερωτήματα. Για παράδειγμα, νομίζω ότι υπάρχουν ακόμη πολλά να μάθουμε για το πώς ακριβώς κατασκευάστηκαν οι πυραμίδες», πρόσθεσε ο James και συμπλήρωσε: «Ο υπολογιστικός μηχανικός σχεδιασμός θα μπορούσε να είναι καθοριστικός για την απάντηση σε ορισμένες από αυτές τις ερωτήσεις».