纺车和绕线机
北印度技术史上颇具争议的一个主题是关于纺车的。纺车是垂直安装的轮子，用手或用脚踩踏板来驱动旋转，通过传动带保持稳定的运动。它将纤维纺到一个或多个线轴上形成连续的线，纺线比用简单的手纺纺线机更快、更均匀。纺车在加工短绒纤维，如棉花、羊毛或野蚕丝，以及中绒纤维，如亚麻或苎麻方面特别有用。
由于棉纺织品起源于印度，人们长期以来一直以为，与棉花相关的纺车也一定是在南亚次大陆发明的，也许是在公元500年之后的某个时间。然而，早期关于棉纺的记载非常模糊，并没有哪里明确提到纺车。根据伊尔凡·哈比卜（Irfan Habib）的说法，这些记载也可以理解为是指早期的手工纺纱法。关于纺车，最早的明确记录是来自1350年的一份文件，其中提到妇女在之前那个世纪的某时使用了它。哈比卜还指出，在印度，指代纺车最常用的词是charka，它源自波斯语。此外，在南印度的主要棉花生产地区，用手纺纱仍然是常态。因此，哈比卜认为，纺车是在13世纪从波斯传入北印度的。[7]
如果纺车不是印度的发明，那么它起源于哪里？这种机器最早的清晰图像是在巴格达（1237年）和中国（约1270年）绘制的，而在欧洲，轮纺纱线首次在1280年的一份德意志行会章程中被提及。[8]由此看来，纺车几乎在同一时间出现在中国和欧洲，人们可能会推测，蒙古军队当时对中国和东欧的征服为新技术的快速传播创造了条件。正如下一章所描述的那样，这对某些发明来说确实如此，但并不适用于纺车：在中国，较简单形式的用于绕线和捻丝的皮带驱动的转轮已经被使用了几个世纪。早在蒙古人到来之前，丝绸生产及相关设备（包括那些皮带带动的轮子）就已经从中国通过中亚诸城传播到了波斯和拜占庭。因此，到底是谁最先发明了功能齐全的纺车依然成谜。对于这个问题，读者们也可以认为这期间存在着一种技术对话的可能，在这种交流中，中国的丝绸和印度的棉花向西传播，激发了创新的出现。在那些绕线轮已经为人熟知的地方，不同地方的人们可能都想到了用轮子来纺线这个主意。
考虑到不同地方生产的纺织品具有不同的特质，不同区域各自进行独立创新的可能性就更大了。例如，现存的一些丝绸织物表明，为了获得更高的强韧度，伊斯兰国家（和欧洲）生产的丝线大都是被捻在一起的，而中国的制造者们似乎避免了这种做法，因为用捻过的丝线织成的丝织品较硬，光泽度较差。但中国常用的其他纤维，却是越捻成品品质越佳。[9]在此基础上，很难说捻线的机械设备到底更有可能是在中东或欧洲发明的，还是更有可能在中国发明。但在一段略早于1030年的阿拉伯文记录中，有关于捻丝机的描述。使用这种机器的经验，可能引导着当地技术人员采用独特的方法来纺织其他纤维。我们可以猜想，也是类似的驱动和创新模式催生了欧洲特有的纺车，即萨克森纺车（Saxony wheel）。
这里强调丝绸制造是有道理的，因为老一辈的一些历史学家认为，在中国，机械化技术首先是在丝绸作坊中发展起来的，然后再改用于棉花和其他纤维。[10]在此历史背景中，人们首先考虑的是如何从蚕茧中抽出绵长不断的蚕丝。他们将蚕茧放入冷水或热水锅中，使成茧的蚕丝松动。冷缫丝速度较慢，难度较大，但能生产出更细的丝；热缫丝则用炉子将锅里的水充分加热以杀死茧内的蛹体，速度较快，而且不需要预先通过盐渍或蒸煮处理蚕茧来杀死蛹体。这两种技术都很古老，到了宋代，精细的脚踏缫车已被普遍使用（图2.2）。
图2.2 1843年绘制的中国缫丝机，但在机械细节上与1090年左右对缫丝机的描述非常相似。操作者在热水盆中解开蚕茧，同时通过踏板和曲柄装置（如图示，不过透视很奇怪）慢慢转动线轴。从蚕茧中抽出的两根丝线被引到机器顶部的滚筒上，然后通过导轨A进入线轴。垂直轴上的滑轮B有一个曲柄，可用于移动上面的杆子，从而确保导轨A缓慢地来回移动，使丝在线轴上铺成宽而均匀的带子［摘自李约瑟《机械工程》（Mechanical Engineering），使用经剑桥大学出版社许可］
在缫丝过程中，生产一根纱线需要将几个蚕茧的蚕丝结合在一起：通常的做法是将不同蚕茧的蚕丝都穿过锅上方板子上的一个小环或导板，使其拧成一股，又防止它们缠在一起。经线需要比纬线更强韧，所以使用的细丝也比纬线多。往往在这一步，伊斯兰世界的工人们会将蚕丝捻成线。而在中国，丝线的生产一般不靠捻，而是通过每根蚕丝上来自蚕茧的天然胶质黏合。一旦丝线被放在改进的双丝绕线轮上继续强化，这胶就能将几根蚕丝固定在一起。胶质在织造过程中保护和加固了蚕丝线，但最终人们会将成品丝绸浸泡在水中，去掉胶质。(https://www.daowen.com)
织造前的最后一道工序是将线绕在尺寸合适的绕线筒上，以便在织机上使用。正是为了这项操作，纺织工人发明了圆筒式绕组（bobbin-winding wheel），这项发明也许可以追溯到很早，前人也称其为纺车的前身。此后出现了一个艳惊四座的发展，即中国的技术人员制造了与绕线轮原理相同的机器，但能够同时操作10个以上的绕线筒。最后，在公元1300年前，他们制造出了图2.3和2.4中所示的由水车驱动的机械。这与十筒绕线机（ten-bobbin winding machine）非常相似，但农业专家王祯在他1313年图文并茂的专著《农书》中，将其称为“水转大纺车”，用于加工麻或苎麻，这两种植物纤维在中国具有一定的重要性。
从1313年王祯的记载开始，这种机械的图谱出现在后世一系列的农业著述里。在中国人的理解中，农业既提供食物（男人的工作），又提供衣服（女人的工作），因此农学著作是我们研究纺织机械、农作物和种植技术的主要信息来源，其中许多都有木版画的插图。现存的“水转纺车”图谱存在一些解释上的问题。它们似乎是由一些对纺织外行的人绘制或复制的，这些人并不懂自己在画些什么（图2.3）。机器底部的绕线筒由一条环形的绳索旋转，当它们转动时，线从上面的大卷轴绕到绕线筒上面。但线会通过某种导轨把卷轴和线轴联结起来，也许就像图2.2中缫丝机上的导轨。此外，如果这台机器真的是在用苎麻等纤维纺纱，那么就必须有一种机械构造来捻线。
王祯书中的插图没有显示这些细节，图2.4的复原图也省略了这些细节，图2.4还参考了相似机器的照片，这些机器在19世纪仍在中国使用。因此，图2.4其实是一台绕线机，而不是一台真正的纺纱机。王祯有一张绘有单独的水车及其绳索和滑轮驱动装置的图纸，所以有关这部分的复原是确定无疑的。[11]木制的齿轮被用于各种中国制造的机器——王祯的专著展示了几种，包括用于提水、由牲畜拉动的链泵和戽水车，以及靠牛拉动的谷物石磨，八个装有齿轮的磨石由中央的齿轮垂直轴驱动，但一般来说，中国人更喜欢通过绳索或皮带和滑轮来传输机械动力。
图2.3 “水转大纺车”（摘自王祯的《农书》，首次出版于1313年，约1530年重印）。另外一幅插图展示了驱动该机器的水车。这张图可能是为1530年的版本重新绘制的，在机器的功能方面并不完全清楚（摘自李约瑟《机械工程》，使用经剑桥大学出版社许可）
图2.4 图2.3中水转大纺车的复原图，图中也展示了驱动它的水车。因为无从得知一架水车究竟能够同时驱动几台机器，图中水车驱动两台机器是基于猜测绘制的（插图：黑兹尔·科特雷尔）