La campana subacquea

300. a.C. 

Le sperimentazioni di "gabbie o campane subacquee" erano già stati avviati nell'antica Grecia e, tra questi, si ha notizia di quello identificato come progetto di una campana di immersione in grado di essere depositata sul basso fondale con all'interno un uomo. 

Il suo utilizzo è stato descritto nel IV secolo a.C. da Aristotele nella sua opera "Problemi" (in greco antico: Προβλήματα, Problémata)  suddivisa in 38 argomenti e capitoli con 890 "questioni irrisolte" alle quali Aristotele stesso cercò di offrire delle risposte alle domande dello scibile umano. 

Il testo include anche alcune considerazioni circa la capacità dell'uomo di vincere le forze del mondo sommerso e quali potessero essere gli strumenti in grado di poter svelare i segreti delle profondità marine. 
Aristotele nel suo trattato non va oltre il principio filosofico del pensiero e non ragiona in termini di progettazione di soluzioni offrendo quindi un percorso progettuale di tipo ingegneristico o idraulico, piuttosto si sofferma su quello che, secondo lui, possano essere il concetto della scoperta e della evoluzione nel rapporto tra uomo e profondità marine, ruolo che ritiene inesplorato ma non inesplorabile, senza offrire quindi una soluzione meccanica al problema.

La campana pneumatica

I Greci lo risolvono facendo ricorso alla cosiddetta "campana pneumatica", grosso contenitore privo di fondo sotto la cui protezione il subacqueo poteva immergersi e respirare: la pressione dell'aria contenuta nella campana, infatti, impediva l'ingresso immediato dell'acqua. 

Si trattava di un contenitore in legno a forma di campana impregnato con pece per renderlo il più possibile isolante  privo di fondo chiuso per consentire all'uomo presente al suo interno di respirare. 

Questo sistema, del tutto inutile, non consentiva di superare un autonomia d'aria di cinque minuti e la profondità consentita non superava i cinque-sei metri.
La campana aveva molti limiti e tra questi lo sballottamento dovuto alle correnti e alle acque agitate e quindi era possibile l'immersione solo in determinate condizioni.  

La campana non prevedeva che chi era immerso potesse respirare con eventuali tubazioni in grado di attingere l'aria dall'esterno ma solo utilizzare quella presente nella campana stessa. La quantità di ossigeno presente, tuttavia, era ridotta e destinata ad esaurirsi rapidamente e ciò rendeva lo strumento di scarsa efficacia, in quanto limitava sensibilmente l'autonomia dell'operatore. 

Nonostante ciò, dispositivi di questo genere rimasero in uso ancora per secoli e ad essi verosimilmente si riferisce il filosofo inglese Ruggero Bacone, il quale nel XIII secolo annota che "si possono pure fare strumenti per camminare sul fondo del mare o dei fiumi senza pericoli per la propria vita", ricordando che Alessandro Magno se ne serviva spesso per esplorare i fondali marini.

Già ai tempi del grande imperatore Alessandro Magno si racconta che egli stesso si calò sott'acqua nel porto di Tiro per rimuovere gli ostacoli riposti sui fondali dal nemico. Secondo alcune testimonianze dell'epoca risulta che l’Imperatore si fece calare sott'acqua utilizzando un grande recipiente di vetro per conservare l’aria, mentre un filosofo greco raffigurò e descrisse Alessandro Magno durante l’immersione con una pelle di pecora cucita contenente aria e collegata tramite un budello.

Miniatura tardo medievale raffigurante Alessandro Magno mentre viene calato in mare all'interno di una gabbia stagna.

1260
L'inglese Roger Bacon e ampiamente noto con l'appellativo latino di Doctor Mirabilis è stato un filosofo, scienziato, teologo ed alchimista inglese, il quale intuiva l'importanza "delle profondità marine" e di quanto fosse un traguardo negli scopi umani delle generazioni future: 

«Arriveremo a costruire macchine capaci di spingere grandi navi a velocità più forti che un'intera schiera di rematori e bisognose soltanto di un pilota che le diriga. Arriveremo a imprimere ai carri incredibili velocità senza l'aiuto di alcun animale. Arriveremo a costruire macchine alate, capaci di sollevarsi nell'aria come gli uccelli»

(De secretis operibus artis et naturae IV)

Sino a questo periodo storico il progetto della campana subacquea e da considerarsi assai pericoloso in quanto metteva a rischio gli uomini nel caso di immersione prolungata, ma soprattutto la scarsa capacità di movimento al suo interno che, malgrado vi fosse uno spazio teoricamente sufficiente, spesso comportava un senso di compressione che costringeva all'uscita immediata rischiando di conseguenza la vita.

La campana quindi necessitava di un miglioramento strutturale con lo studio e il progetto di un meccanismo in grado di poter garantire l'approvvigionamento dell'aria attraverso un contatto con la superficie.

1435 

La nuova soluzione, che si affaccia nei trattati tecnici del '400 come quelli del senese Mariano di Jacopo, detto Taccola (Siena, 1381 – 1453 circa), è stato un ingegnere, scrittore e scultore italiano del primo Rinascimento.  

Il Taccola fu uno degli artisti-ingegneri senesi più eminenti del XV secolo, conosciuto per i suoi trattati di tecnologia De ingeneis e De machinis incentrati su molti macchinari tipici dell'epoca. 

I lavori del Taccola furono studiati da molti ingegneri ed artisti del Rinascimento, tra cui Francesco di Giorgio Martini e, molto probabilmente, anche Leonardo da Vinci.

Le idee e i progetti di questo periodo sono da ritenersi ancora piuttosto approssimativi e piuttosto lontani da ogni concetto di sicurezza e affidabilità, ma danno il via ad un percorso di ricerca e sperimentazione mai cosi completo.
I progetti dell'epoca infatti prevedevano una specie di casco, molto simile ad un elmo medioevale  o cappuccio munito di un lungo tubo, mantenuto alla superficie mediante galleggianti.

1500 c.a.

Questo è il periodo delle vere esplorazioni subacquee con le prime progettazioni di macchine e strumenti in gradi di aiutare l'uomo nel suo viaggio nelle profondità marine.

La campana veniva calata verticalmente e tenuta ferma alcuni metri sotto la superficie, il fondo era aperto all'acqua e la parte superiore conteneva l'aria che veniva però compressa dalla pressione dell'acqua in funzione della profondità. 

Un "subacqueo" in posizione eretta avrebbe avuto così parte del corpo e la testa fuori dall'acqua. Poteva lasciare la campana per un minuto o due per raccogliere spugne o esplorare il fondo, per poi tornare per un breve lasso di tempo finché l'aria nella campana diventava irrespirabile a causa dell'accumulo di anidride carbonica.

Sempre nello stesso periodo, in Inghilterra e Francia, degli scafandri fatti di pelle venivano usati a profondità di quasi 20 metri. L'aria veniva pompata dalla superficie con l'aiuto di pompe manuali. Presto vennero realizzati dei copricapi di metallo per resistere a pressioni ancora maggiori e i palombari andarono più in profondità. 

Il progetto di Leonardo

Il progetto di Leonardo era chiaro: trovare una soluzione che consentisse all'uomo di stare sott'acqua per un tempo più lungo possibile. Si era reso conto che fino ad allora le immersioni avvenivano utilizzando canne di giunco che consentivano di respirare, ma questo sistema piuttosto approssimativo, aveva una serie di limiti.

La respirazione
In effetti respirare con un "tubo" non era certamente una soluzione, ma solo un sistema approssimativo in quanto la respirazione attraverso il giunco, normalmente di dimensioni e diametro contenute, non consentiva ai muscoli polmonari della gabbia toracica una espansione sufficiente in grado di assorbire la giusta aria da incamerare; Leonardo sapeva anche che, nei diversi esperimenti fatti in precedenza da alcuni suoi contemporanei, l'idea di portarsi sott'acqua una borsa, spesso stomaco di agnello o vitello, riempita d'aria e respirare direttamente sott'acqua, comportava uno stordimento dovuto alla respirazione, stordimento dovuto ad un gas, allora non ancora conosciuto ma che oggi ha un nome: diossido di carbonio.

Limiti di profondità

Per fare l'immersione occorreva un sistema che garantisse un coretto funzionamento del circolo dell'aria, nonché un sistema di "protezione".