Automático
Pouco tempo após a invenção do telefone e das centrais de comutação, surgiu a ideia de que a ligação entre as várias linhas telefônicas poderia ser feita automaticamente, sem a ajuda de operadores. Com uma central telefônica automática, a própria pessoa que quer telefonar envia sinais elétricos especiais de seu aparelho para certos instrumentos na central telefônica, e esses instrumentos ligam a pessoa com o telefone desejado. Em 1879, os irmãos Thomas e Daniel Connelly, juntamente com Thomas J. McTighe, patentearam o primeiro sistema em que um usuário podia controlar um mecanismo de comutação a distância.

Esquema do sistema de comutação automática de Connely e McTighe, mostrando acima o dispositivo principal localizado na central telefônica, e abaixo o sistema que deveria existir em cada telefone.

O aparelho se baseava nos telégrafos ABC de Wheatstone e era bastante primitivo, nunca tendo sido utilizado na prática. A parte principal do sistema era um tipo de roda dentada, semelhante aos dispositivos utilizados em relógios, que era movida por meio de um eletroímã e que só podia girar o espaço de um "dente" de cada vez. Cada vez que o eletroímã recebia um pulso de eletricidade, ele atraía uma barra metálica e esta fazia a roda dentada girar um espaço. À medida que a roda girava, ela ia movendo um braço metálico que entrava em contato sucessivamente com os contatos referentes às várias linhas telefônicas. Assim, enviando sucessivos pulsos elétricos, era possível escolher, a distância, a ligação desejada com um pequeno número de linhas.

Em 1884, Ezra Gilliland, da companhia Bell, desenvolveu um sistema de comutação automática que podia trabalhar com um máximo de 15 linhas. Nesse sistema primitivo, semelhante ao de Connelly e McTighe, porém um pouco mais simples, havia um contato metálico que se movia passo a passo, pulando de uma posição para outra, quando o usuário apertava um botão. O número de vezes que o botão era apertado determinava a conexão que era produzida. Esse sistema também não foi utilizado na prática.

O sistema automático Strowger
O avanço realmente importante ocorreu em 1889, quando um agente funerário da cidade de Kansas, chamado Almond B. Strowger, começou a desenvolver um sistema automático de comutação que realmente funcionou. Conta-se que Strowger desconfiava das telefonistas e acreditava que elas propositadamente desviavam os chamados de seus clientes para um outro agente funerário. Por isso, ele resolveu inventar um sistema de comutação que dispensasse o uso das telefonistas.

Almond Strowger

Após vários estudos e tentativas, Strowger conseguiu construir, com a ajuda de um relojoeiro, um sistema para 100 linhas telefônicas. O sistema foi patenteado em 1891 e, no mesmo ano, Strowger estabeleceu a Automatic Electric Company para comercializar seu invento.

A primeira central telefônica automática, utilizando o sistema de Strowger, foi aberta em La Porte, Indiana, em 1892. Nos dez primeiros anos após o invento de Strowger, foram instaladas mais de 70 centrais automáticas nos Estados Unidos.

O sistema de Strowger era um aperfeiçoamento dos aparelhos anteriores. Ele também tinha um dispositivo com um contato metálico principal, móvel, que se deslocava passo a passo, acionado por eletroímãs, "varrendo" diversos contatos fixos, cada um deles conectado a uma linha telefônica. Mas havia uma diferença importante: o sistema se movia dentro de um cilindro e podia tanto girar em torno do eixo do cilindro como também se mover para cima e para baixo. O cilindro tinha, em sua parte interna, 10 fileiras com 10 contatos metálicos cada uma, totalizando 100 contatos. A "vassoura" ou "escova" metálica central podia, assim, deslocar-se facilmente e escolher um dos 100 contatos, cada um dos quais representava uma linha telefônica.

O sistema Strowger de comutação automática: esquema (esquerda) e fotografia de um dispositivo de 1902 (direita).

O sistema de comutação automática desenvolvido por Strowger tem duas partes básicas. Uma é o dispositivo existente na própria central telefônica, que realiza as conexões entre as linhas telefônicas. A outra é um dispositivo colocado nos aparelhos dos usuários, que permite enviar sinais à central telefônica informando o número do telefone com o qual se quer fazer conexão.

Representação esquemática de um dispositivo de comutação com 100 linhas, cada uma delas ligada a um telefone. O dispositivo precisa conectar os fios do telefone que está chamando (à esquerda) com qualquer uma das conexões dos outros aparelhos.

Inicialmente, os usuários não dispunham de nenhum mecanismo especial para enviar os sinais à central. Eles tinham dois botões na caixa dos seus telefones e deviam apertar cada um deles um certo número de vezes. Por exemplo, para se conectar com o telefone número 34, era necessário apertar o primeiro botão 3 vezes e o segundo botão 4 vezes. Cada vez que um botão era apertado, ele enviava um pequeno pulso elétrico para a central e fazia o dispositivo se mover um passo. O sistema funcionava, portanto, da seguinte forma: quando uma pessoa queria telefonar, ela tirava o telefone do gancho (para se ligar com a central telefônica) e então apertava os botões do seu aparelho. Na central telefônica, o dispositivo ligado a este telefone ia se movendo, primeiro na direção vertical e depois girando, até fazer a ligação com o número desejado. Então, a pessoa girava a manivela do magneto para produzir um sinal na campainha do número chamado. Durante toda a conversa, o dispositivo Strowger mantinha-se na mesma posição, ligando as duas linhas. Quando a conversa terminava, era necessário apertar um botão que fazia o dispositivo Strowger da central telefônica voltar para a sua posição inicial. Se a pessoa não apertasse esse botão, seu telefone continuaria conectado à linha que havia sido chamada antes.

Com um dispositivo do tipo Strowger original, era possível escolher apenas uma das 100 linhas telefônicas. Seria possível construir cilindros com maior número de contatos, mas isso era complicado, sob o ponto de vista técnico.

Havia outros problemas com o sistema. Cada telefone precisava estar ligado à central telefônica através de vários fios: os fios que enviavam a voz e outros fios que enviavam os sinais elétricos para mover o dispositivo automático. Isso encarecia bastante o sistema porque, como vimos, o custo dos fios telefônicos era bastante alto. No caso do primeiro tipo de sistema, com botões, era necessário um fio para cada botão, aumentando, portanto, dois fios para uma rede de 99 telefones.

Um segundo problema era que cada telefone da rede precisava dispor do seu próprio dispositivo na central telefônica. Esses dispositivos eram caros e ficavam quase todo o tempo parados, pois cada usuário utilizava o telefone apenas durante uma pequena parte do dia.

Outro problema era que uma pessoa podia se conectar a um telefone que já estava sendo usado. Nas centrais com telefonistas isso não acontecia, porque a telefonista sempre verificava se a linha já estava ocupada. Nas primeiras centrais automáticas, não havia nada que impedisse uma pessoa de se ligar a uma linha ocupada, e nesse caso ela podia ouvir a conversa de outras pessoas ou intrometer-se na conversa.

Por fim, cada pessoa precisava se lembrar de apertar um último botão ao terminar a conversa, para fazer o dispositivo Strowger da central voltar à posição inicial, e muitos se esqueciam disso.

Aperfeiçoamentos do sistema Strowger
Strowger empregou algumas pessoas que ajudaram a aperfeiçoar o seu sistema automático. Em 1892 ele contratou Anthony E. Keith e, em 1894, Frank A. Lundquist e os irmãos John e Charles Erickson*. Foram essas pessoas, e não o próprio inventor, que aperfeiçoaram o sistema. Em 1896, Strowger teve problemas de saúde e se afastou da companhia que havia criado, morrendo em 1902.

(* Esses irmãos Erickson não possuem relação com o Ericsson da Suécia).

Keith resolveu em 1893 um problema simples: a pessoa que telefonava não precisava mais apertar um botão quando terminava a conversa. A própria colocação do telefone no gancho enviava um sinal à central telefônica, que fazia o dispositivo Strowger voltar à posição inicial. Além disso, em 1894, Keith, Lundquist e os irmãos Erickson eliminaram a possibilidade de uma pessoa se conectar a linhas já ocupadas.

Em 1896, Keith e os irmãos Erickson desenvolveram um processo que eliminava a necessidade de que os usuários ficassem apertando vários botões. Foi colocado no aparelho telefônico um sistema que enviava sequências de pulsos do aparelho do usuário para a central. Esses dispositivos empregavam discos que eram girados e que, ao voltarem para sua posição, iam fazendo essencialmente a mesma coisa que a pessoa fazia antes apertando o botão várias vezes. É exatamente por causa desses discos, utilizados durante quase um século, que até hoje utilizamos a expressão "discar um número", embora utilizemos telefones que não possuem mais discos, e sim teclas.

Aparelhos telefônicos com sistema de discagem de Stowger: modelo de 1899 (esquerda) e modelo de mesa, de 1905 (direita).

Aparelhos telefônicos com sistema de discagem de Stowger: modelo de 1899 disco externo (esquerda) e mecanismo interno correspondente (direita).

No sistema de discagem utilizado durante muitas décadas, o funcionamento sempre foi essencialmente o mesmo. A pessoa girava o disco até uma certa posição (um número) e largava. Então, uma mola fazia o disco voltar para a posição inicial e, ao mesmo tempo, um mecanismo atrás dele fazia uma sucessão de contatos elétricos, enviando uma série de clicks para a central telefônica. Esses sinais produziam o mesmo efeito que apertar o primeiro botão várias vezes. Depois, quando a pessoa novamente girava o disco e enviava novos sinais, o efeito produzido na central telefônica era o mesmo de apertar o segundo botão várias vezes. Esse sistema reduziu também o número de fios ligando cada aparelho à central telefônica.

No mesmo ano em que inventaram o sistema de discagem, Keith e os irmãos Erickson começaram a desenvolver um modo de utilizar o dispositivo de Strowger em uma rede com 1.000 linhas telefônicas. Em vez de construir um dispositivo maior, eles resolveram utilizar dois dispositivos. A ideia é simples: as linhas são divididas em "troncos", cada um com 100 linhas. Cada tronco pode, portanto, utilizar um dispositivo Strowger comum, com 100 posições. Utilizando dez dispositivos Strowger, é possível, portanto, fazer conexões com dez troncos de 100 linhas, atingindo assim 1.000 linhas.

Seletor de linha (1905) desenvolvido por Keith.

Nesse sistema, quando um usuário quer se conectar a uma das linhas, ele disca primeiramente um número, que corresponde à escolha do tronco; então, na central telefônica, um aparelho simples (um seletor com 10 posições) estabelece sua ligação com o tronco. Ao ser conectado a esse tronco, a sua linha é ligada a um segundo aparelho, do tipo Strowger, e os dois números seguintes enviados pelo usuário vão escolher a linha exata dentro do tronco.

Não há limites para o sistema, pois é possível formar dez grupos de dez troncos (um total de 10.000 linhas), por exemplo, introduzindo mais uma etapa da discagem.

Sistema automático (passo-a-passo) com varias etapas. Uj telefone é ligado, primeiramente, a um dispositivo que tem 10 opções. Cada uma dessas 100 ligações pode levar a um outro aparelho Strowger.

Uma central desse tipo (com dois estágios) foi instalada em 1897, para 400 linhas. Cada telefone tinha, na central, um seletor simples (de apenas quatro posições) e 4 dispositivos tipo Strowger (de 100 posições). Portanto, a central telefônica tinha, ao todo, 400 seletores simples e 1.600 dispositivos tipo Strowger. O sistema funcionou, mas era extremamente caro. Para redes com número ainda maior de linhas, o sistema se torna proibitivamente dispendioso. Para 800 linhas (o dobro), por exemplo, seria necessário um seletor simples de oito posições e oito dispositivos Strowger de 100 posições para cada linha telefônica. Multiplicando por 800, vemos que seriam necessários 800 seletores simples e 6.400 dispositivos tipo Strowger. Ou seja: para o dobro de linhas, o custo do sistema seria aproximadamente quatro vezes maior. Para um número dez vezes maior de linhas, o custo seria 100 vezes maior. Portanto, embora o sistema pudesse ser aumentado de forma ilimitada, seu custo aumentava tanto que o tornava inviável para redes grandes.

O sistema passo a passo
Esse tipo de problema foi resolvido por Frank Lundquist, que havia saído da companhia de Strowger em 1896 e desenvolvido um novo processo, que foi patenteado em 1897. A ideia consistia essencialmente em utilizar um menor número de dispositivos na central telefônica automática, levando em conta que, do modo como o sistema funcionava, quase todos os dispositivos ficavam a maior parte do tempo sem funcionar. Por exemplo: na rede descrita acima, com 400 linhas, havia 1.600 dispositivos Strowger, mas apenas 200 deles, no máximo, seriam utilizados ao mesmo tempo. Na prática, como apenas cerca de 10% dos telefones eram utilizados ao mesmo tempo, o número de dispositivos realmente utilizados a cada momento era ainda menor. Portanto, devia haver um modo de, em vez de ter um conjunto de dispositivos Strowger para cada linha telefônica, utilizar um número menor, partilhado por todos.

Como fazer isso? Lundquist imaginou que bastaria introduzir um novo seletor, que procurasse um dispositivo desocupado para usar. Vamos imaginar, primeiramente, uma rede com apenas 100 linhas, que exigia (pelo sistema antigo) 100 dispositivos tipo Strowger. Podemos agora construir uma central telefônica que tenha apenas dez desses dispositivos. Cada um deles serve para fazer conexões com todas as 100 linhas, mas eles não "pertencem" a nenhum assinante em particular. Eles ficam disponíveis, esperando que alguém precise deles. Para que possam ser partilhados, é necessário haver um pré-seletor, ou seletor de dispositivo desocupado. Cada linha telefônica, ao chegar na central, é ligada a um pré-seletor desse tipo. No exemplo que estamos considerando, esse pré-seletor tem dez posições diferentes, podendo ser ligado a cada um dos dez dispositivos Strowger. Quando uma pessoa quer fazer uma ligação e tira o telefone do gancho, esse pré-seletor é colocado em movimento na central e vai girando de posição em posição e testando, até encontrar um dispositivo Strowger desocupado. Então, um som especial é ouvido pela pessoa que está querendo fazer a ligação e ela pode discar o número desejado, enviando os sinais elétricos para o seletor Strowger que foi selecionado. Quando termina a ligação, esse dispositivo Strowger fica desocupado e pode ser utilizado por outra pessoa.

Manutenção de antigos dispositivos de sistema automáticos passo-a-passo

Uma central telefônica inglesa do início do séc XX, que utiliza o sistema passo-a-passo.

Esse novo tipo de sistema, embora introduza uma etapa a mais, utiliza um menor número de dispositivos seletores e, por isso, é muito mais barato.

Assim, o sistema de ligação de uma linha a outra linha telefônica utiliza uma sequência de etapas, passando por vários dispositivos encadeados. Esse sistema é chamado "passo a passo".

O mesmo princípio pode ser utilizado para uma rede com maior número de telefones. Consideremos uma rede com 1.000 linhas, por exemplo, divididas em dez troncos de 100 linhas. No sistema anterior, cada assinante tinha à sua disposição, na central telefônica, um seletor de troncos (com dez posições) e dez dispositivos Strowger (com 100 posições), com um total de 1.000 seletores de tronco e 10.000 dispositivos Strowger. No novo sistema, bastam 100 dispositivos Strowger, partilhados entre todos. O sistema funciona assim: cada linha telefônica, ao chegar à central, é ligada a um pré-seletor de dez posições, que procura um seletor de troncos que esteja desocupado. Assim, em vez de 1.000 seletores de tronco na central telefônica, há apenas 100, partilhados pelos 1.000 usuários. Quando o pré-seletor encontra um seletor de tronco livre, a pessoa ouve um sinal e então começa a discar o número desejado. A primeira sequência de pulsos elétricos vai mover o seletor de tronco para a posição desejada. No sistema antigo, isso ligaria o seletor diretamente com um dispositivo Strowger com 100 posições. No novo sistema, o seletor é ligado a um segundo pré-seletor de dez posições, que vai procurar um dispositivo Strowger livre, daquele tronco. Em vez de 100 dispositivos Strowger para cada tronco, podem ser utilizados apenas dez.

Assim, o sistema completo para 1.000 linhas teria: 1.000 pré-seletores iniciais de tronco livre; 100 seletores de tronco; 100 pré-seletores de dispositivo Strowger livre; e dez dispositivos Strowger para cada tronco, com um total de 100 dispositivos Strowger para toda a rede.

No caso de centrais telefônicas com um número maior de linhas, o sistema é um pouco mais complicado, exigindo outras etapas. Para 10.000 linhas, por exemplo, são necessários 100 troncos de 100 linhas. Na central telefônica, cada linha pode estar ligada a um pré-seletor de dez posições, que procura um primeiro dispositivo tipo Strowger (de 100 posições) desocupado. A pessoa disca os dois primeiros números e esse primeiro dispositivo Strowger seleciona o tronco desejado. Então, nesse tronco, um segundo pré-seletor (de dez posições) procura um segundo dispositivo Strowger desocupado, e os dois últimos números discados pela pessoa movem esse dispositivo, completando a ligação.

Esses sistemas passo a passo mais desenvolvidos foram exibidos pela primeira vez em 1899 e adotados pouco depois na França e na Alemanha. Keith e os irmãos Erickson, utilizando o sistema inventado por Lundquist, construíram centrais telefônicas para grande número de linhas, a partir de 1900. Uma central para 4.000 linhas foi instalada em New Bedford (estado de Massachusetts) e depois em outros locais (principalmente fora dos Estados Unidos).

Esse sistema foi aperfeiçoado e adotado no mundo todo até 1926, quando foi introduzido o sistema crossbar na Suécia. O serviço de comutação automática se expandiu mais fortemente na Europa (especialmente na França), na primeira década do século XX. Na década de 1910, as centrais automáticas se espalharam nos Estados Unidos, mas apenas entre os sistemas telefônicos "independentes" (isto é, os que não pertenciam ao sistema Bell). A Bell passou a utilizar, no início do século XX, algumas pequenas centrais automáticas em vilas e regiões rurais em que era difícil treinar e empregar telefonistas, mas apenas na década de 1910 começou a se preocupar com a necessidade de centrais automáticas exigidas por grandes cidades.

Somente na década de 1920 a própria Bell adotou o sistema automático, utilizando telefones com discos, que passou a ser chamado de "sistema francês", embora tivesse sido inventado nos Estados Unidos. A substituição das centrais manuais foi lenta: até 1936, 52% das centrais dos Estados Unidos utilizavam telefonistas.

Vantagens e desvantagens do sistema automático
Como as pessoas estavam acostumadas às centrais manuais, houve uma resistência para mudar. O sistema de discagem às vezes falhava e fazia uma conexão com o número errado. Era também considerado mais lento do que o serviço das telefonistas.

As centrais telefônicas manuais tinham diversas vantagens sobre as automáticas. As telefonistas prestavam vários tipos de serviços, fornecendo informações sobre horário, clima, sobre pessoas e empresas, e às vezes informações sobre atividades culturais (teatro, música, etc.). As telefonistas eram tão gentis que muitas pessoas ligavam para a central apenas para conversar com elas.

Inicialmente, as pessoas simplesmente perguntavam às telefonistas que horas eram, elas olhavam para seus relógios (ou relógios existentes na sala de comutação) e respondiam. Como esse tipo de pergunta era muito frequente, acabou sendo criado um número especial de telefone para responder a essa demanda. Nesse número, que podia ser acessado simultaneamente por muitos assinantes, uma pessoa ficava olhando para um relógio e dizendo as horas, "ao vivo". Somente depois da Segunda Guerra Mundial foram criados sistemas automáticos para informar as horas, nos Estados Unidos. O custo (e manutenção) das centrais automáticas era muito alto, e as centrais manuais, apesar de exigirem a contratação de telefonistas, podiam oferecer vantagens em relação ao custo total. As centrais manuais ofereciam também a vantagem social de criar um grande número de empregos. Em 1907, o sistema Bell empregava 50.000 mulheres e 42.000 homens. A maioria das mulheres trabalhava como telefonistas, enquanto os homens desempenhavam trabalhos técnicos (instalação e manutenção de linhas e equipamentos) e administrativos.

O principal problema do serviço das telefonistas era que não havia privacidade (as telefonistas sabiam quem telefonava para quem e podiam escutar as conversas). Além disso, o serviço manual tornava-se inviável quando havia dezenas de milhares de linhas conectadas a uma única central.

Bibliografia
MARTINS, ROBERTO. A Fundamentação da Telefonia através da História. Parte 1: Da Invenção ao Início do Século XX. Pesquisa realizada para a Fundação Telefônica, 2002.