Турбулентное мышление. Зарядка для интеллекта Ёлкин Сергей

Диал или ТРИЗ? О законах развития технических систем (для продвинутых читателей)

Сколько законов технических систем вообще может быть? Сколько их должно быть вообще? Для геометрии, например, оказалось достаточно всего пяти постулатов. Для механики – трёх законов Ньютона оказалось недостаточно. А сколько нужно? Пока полной ясности нет.

Как правило, законы вначале появляются на основе экспериментальных данных. Это так называемые эмпирические законы. При построении теории предмета (критерий «аксиоматичности») она включает эмпирические законы в качестве частных случаев.

Яркий пример тому – эмпирические законы Фарадея, «растворившиеся» в дальнейшем в электродинамической теории Максвелла. Знаменитый продолжатель его дела американский физик Ричард Фейнман выразился так: «В истории человечества (если посмотреть на нее, скажем, через десять тысяч лет) самым значительным событием XIX столетия, несомненно, будет открытие Максвеллом законов электродинамики. На фоне этого важного научного открытия гражданская война в Америке в том же десятилетии будет выглядеть провинциальным происшествием».

А наш выдающийся соотечественник Генрих Саулович Альтшуллер чисто эмпирически, на основе анализа патентного фонда, нашёл следующие законы развития технических систем (Альтшуллер, 1979):

полноты частей системы;

«энергетической проводимости» системы;

согласования ритмики системы;

повышения идеальности системы;

неравномерности развития частей системы;

перехода в надсистему;

перехода с макроуровня на микроуровень;

повышения степени вепольности.

Однако поиск законов может осуществляться не только эмпирически (хотя это очень распространённый способ), но и из базовых принципов (универсалий) с проверкой в эксперименте (на практике). В нашем случае – имея мощный инструментарий Диала (сплав теории симметрии и диалектики) – более естествен второй подход. Универсалии, на которых построен язык Диал, имеют более общий характер, нежели законы и закономерности более или менее узких предметных областей, в том числе ТРИЗ. Например, операторы рождения и уничтожения применяются во множестве приложений: в квантовой механике они обеспечивают механизм вторичного квантования, в арифметике (Д. Гильберт) отвечают за порождение чисел. Оператор жизни встречается в экономике в виде жизненного цикла товара, в квантовой механике он порождает число частиц в микросистеме.

В ТРИЗ оператор жизни соответствует «4 возрастам» системы. И вот здесь необходимо остановиться подробнее. В экономике жизненный цикл товара обычно изображают в виде функции, похожей на нормальное распределение (колоколообразной).

Однако такой вид жизненный цикл товара имеет только приблизительно в 20 % случаев. В остальных же случаях кривая может получить неожиданное продолжение – типа изображённого на рисунке. В результате усовершенствования товара рынок может получить второе дыхание.

Возможны и другие варианты. Для многих товаров жизненный цикл до сих пор не окончился – например, лопата, ложка, кружка, бритва и т. д. И возможно, окончится только вместе с жизненным циклом человечества. Некоторые товары в процессе эволюции видоизменяются стольсильно, что трудно однозначно сказать: это прежний товар или уже другой. Поскольку технические системы – одновременно и товары, то сказанное справедливо и относительно них. Легко увидеть, что простые системы развиваются медленно – и чем сложнее система, тем быстрее она развивается. Например, та же вилка или ложка остаются неизменными веками. А компьютер развивается с такой скоростью, что потребитель с трудом успевает за его эволюцией.

Справедливости ради надо заметить, что появились современные ложки, интегрирующие в себя градусники, изготовленные из новых материалов (пластмасс, керамик, стекла), но это всё – просто влияние массовых технологий, заставляющих технико-экономическую среду изменяться.

Можно и нужно сформулировать новый закон : « Чем сложнее техническая (или технико-экономическая) система, тем быстрее она развивается». Объяснение этого закона довольно просто. Чем сложнее система, тем больше положительных обратных связей её охватывает. А именно положительные обратные связи в технико-экономических системах ответственны за ускорение научно-технического прогресса.

После приведенных рассуждений закон неравномерности развития частей системы становится банальностью. Ведь ясно, что некоторые части системы более важны для потребителя, нежели другие, и поэтому интенсивность попыток их усовершенствования гораздо выше, чем для тех, которые менее важны или более-менее устраивают потребителя. К тому же часть элементов системы может быть охвачена более сильными обратными связями, что в совокупности и приводит к увеличению скорости изменений. Например, персональный компьютер. Скорость совершенствования его центрального процессора несравнима со скоростью совершенствования корпуса, функциональных кнопок, дизайна, системы охлаждения и т. д., ибо процессор охвачен сильнейшими обратными связями, чьё действие обеспечивает выполнение закона Мура [47] . Суть этих обратных связей (в упрощённом виде) проявляется по цепочке. Улучшение процессора обеспечивает создание более мощного программного обеспечения, позволяющего проектировать всё более мощные процессоры и технологии их производства.

Закон полноты частей системы, открытый Г.С. Альтшуллером и воспринимавшийся как откровение, ныне воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Было бы странно представить себе жизнеспособной систему, у которой какая-либо важная для функционирования часть не работает. А именно так осуществляется у Альтшуллера сравнение самолёта Можайского (использовавшего паровой двигатель) и самолёта братьев Райт (разработавших первый бензиновый авиационный мотор) [48] .

Закон «энергетической проводимости» системы, на наш взгляд, является частным случаем закона «полноты частей системы». Трудно представить себе инженера, который, нарушая этот закон, надеется на то, что получит работоспособную техническую систему. И этот факт не зависит от того, знает ли инженер о существовании этого закона или нет, как эффективность мышления не зависит по большому счёту от знания строения мозга.

Считать этот «закон» законом или не считать – вопрос спорный. Например, третий закон Ньютона тоже имеет тривиальный характер, но в системе механики могут встретиться задачи, в которых его применение может быть нетривиальным [49] .

Вернёмся к операторам Диала. Оператор перехода одно-многое в проекции на техническую систему или технический объект производит закон «перехода моно системы в би– и полисистему», являющийся частным случаем закона «перехода в надсистему». Собственно последовательное применение операторов одно-много и много-одно, осуществляющих в Диале порождение количества и его жизненный цикл, в ТРИЗ сопоставимо с переходом моно-би-поли-моно, то есть свертыванием системы.

Закон перехода «макросистемы в микросистему» соответствует изменению масштаба, в процессе которого существенно меняются свойства самой системы. В настоящее время происходит полномасштабный переход технологий в область нано. Как известно, в области наноразмеров свойства наночастиц могут измениться до неузнаваемости, так как на таких масштабах характерный размер объектов сравним с длиной пробега электрона, что и оказывает решающее влияние в наномире.

В Диале имеется мощный оператор меры (прорыва меры), в частных случаях представляемый как оператор изменения масштаба, фазового перехода или состояния. Операторы Диала гораздо богаче по содержанию именно потому, что они строятся из первопринципов. Здесь у нас нет ни малейшего желания умалить заслуги великого учёного Генриха Альтшуллера, получившего выдающиеся для своего времени результаты, когда авторы эти строк ещё «под стол пешком не ходили». Но оператор меры в своих частных проявлениях применим к спектру задач, далеко превосходящему задачи поиска новых технических решений.

Закон повышения «степени вепольности», из которого вырастает важная составная часть ТРИЗ – вепольный анализ, соответствует операторам Диала: вещество-поле, поле-вещество и поле-вещество-поле, вещество-поле-вещество и т. д. Закон «вепольности» обладает большой эвристической силой, для решения изобретательских задач. Операторы Диала, соответствующие ему, не так конкретны. Зато имеют гораздо большую – практически неограниченную – сферу применения. Следует заметить, что использование абстрактных операторов само по себе требует ещё дополнительной работы по конкретизации и адаптации их в предметную область.

Ни для кого не секрет, что в процессе эволюции удельные характеристики технических систем улучшаются: мощность двигателя по отношению к его массе растёт, удельный расход топлива на единицу мощности уменьшается, растёт прочность материалов на единицу массы, увеличивается дальность связи при уменьшении мощности излучателей и т. д. Этот факт отражает важный закон повышения «степени идеальности» системы в ТРИЗ. Превращение этого положения в максиму или принцип: «система стремится к полюсу идеальности» превращает его в мощный эвристический инструмент. Этот мощный принцип ТРИЗ заставляет исследователя правильно сориентировать направление своих поисков и даже подсказывает лучшее решение.

Однако, как замечал сам Альтшуллер, закон повышения степени вепольности входит в некое противоречие с законом «повышения степени идеальности», так как, по словам автора ТРИЗ, введение веполя есть шаг назад (или в сторону) от главного направления, задаваемого полюсом идеальности (Альтшуллер, 2003).

На самом деле в этом нет ничего необыкновенного, так как главный закон любой технической системы или её цель – не попасть на «полюс идеальности», а выжить в условиях жёсткой конкуренции и занять свою экотехнологическую нишу.

Б.И. Кудрин выделяет закон «технобиологического подобия» [50] . Это проявление одного из случаев так называемых ранговых распределений, возникающих в условиях борьбы за ограниченные ресурсы, что наблюдается в дикой природе, в эволюции технических и даже социальных систем (Ёлкин, Журова, 2010). В математической форме ранговое распределение описывается законом Ципфа – Мандельброта и является одним из фундаментальных, универсальных распределений [51] .

Природные объекты подчиняются действию многих законов. Например, по закону всемирного тяготения тело должно было бы падать на землю, если оно не имеет опоры или подвеса, однако это не мешает птицам и самолётам летать, опираясь на воздух, а сильным магнитам висеть в воздухе или вакууме без видимой опоры. Другой пример: гравитационное поле на ядерных масштабах несравнимо мало по сравнению с сильным взаимодействием [52] . Однако именно оно, гравитационное, определяет движение планет, звёзд и галактик. То же происходит и в технических системах. Задача инженера, выявить, какой закон развития в данных условиях может оказать существенное воздействие на техническую систему, и найти именно то техническое решение, которое наилучшим образом соответствует этому закону. Скорее всего, это будет то решение, которое либо не разрушает согласованность технической системы, либо ещё больше повышает её.

Закон «согласования ритмики системы». Замечательная находка Г.С. Альтшуллера, однако совершенно непонятно, почему согласована должна быть только ритмика системы. В любой технической или живой, или вообще какой-либо системе для жизнеспособности должно быть согласовано как можно больше частей и процессов. Трудно представить себе какой-либо механизм, у которого не согласованы хотя бы крепёжные элементы (например, диаметры болтов и гаек). В Диале согласование ритмики также имеет важное значение – как в речи и составлении сложных слов, так и в порождении операторов. Почему – становится понятным при работе с контекстом.

Но сначала несколько примеров в тему – на родном языке.

Изобретаем колесо?

На семинаре по развитию инженерно-технического мышления в октябре 2011 года его ведущий и один из авторов этой книги С.В. Ёлкин дал своим слушателям такое задание.

«Используя законы развития технических систем (ЗРТС), предсказать, как будет изменяться в ближайшей и отдалённой перспективе автомобильное колесо…»

Хотя вопрос мы предварительно вынесли на рассмотрение пользователей электронного форума «Междисциплинарные исследования», и даже самый стеснительный студент мог скрыть свою боязнь ошибиться за интернетовским ником – уже тогда с вариантами ответов возникли трудности буквально на ровном месте.

Мы попробовали раскачать студенческую аудиторию.

Дмитрий . Автомобильное колесо? Например, будет похоже на шарик компьютерной мыши или «трекбола» и обладать большим числом степеней свобод.

Сергей. Это здорово, увеличение степеней свободы увеличит манёвренность авто. А как будет передаваться усилие от мотора на колесо? Хотя бы гипотетически.

Дмитрий . Электромагнитно. Между прочим, кто сказал, что «мотор» машины будущего будет вращать колёса механически? Ну а если шарики-колёса даже не соприкасаются с корпусом машины. Рассмотрим некоторые этапы эволюции колёсного транспорта! Cперва колеса не было, а были волокуши. Потом догадались взять бревно или несколько брёвен и волоком тащить-катить груз, положив на эти брёвна. Так варяги вместе со своими лодьями могли переходить по суше из реки в реку… Затем догадались брёвна порезать по торцу и получить колёса по типу «блин». Затем перешли к колесу со спицами. Потом на колесо со спицами надели резиновые рессоры и даже гусеницы. Все эти изменения касались колёс в двухмерном измерении, и, чтобы поменять направление движения, надо поворачивать два колеса, закреплённых параллельно на общей оси. Следующий шаг – переход в другое измерение, трёхмерное. Вместо колеса – шар. Автомобиль сможет двигаться не только вперёд-назад, но и вбок, вправо и влево из положения покоя. Следующий шаг вообще отказ от колёс…

Сергей (через несколько дней после начала обсуждения в Интернете). От колёс уже отказались, например, экранолёты.

Но колесо как элемент автомобиля сохранилось. Оно не исчерпало возможностей развития. В последние десятилетия им приобретены следующие возможности: подкачка шин в зависимости от типа дороги (динамизация) у грузовиков; самозарастающие повреждения (динамизация, самоорганизация); бескамерные шины (шаг в сторону полюса идеальности); бесшумные протекторы (к полюсу идеальности). В ближайшее время своё слово скажут нанотехнологии (переход на микроуровень) и информационные технологии (интеллектуальные шины), а также их синтез (интеллектульные шины на микроуровне).

Без всяких нанотехнологий напрашивается управление шипами в зависимости от сезона: стало холодно – шипы вылезли сами, потеплело – спрятались [53] . Не нужно переходить на зимнюю резину. Это значительный успех!

Однако есть здесь техническое противоречие, требующее разрешения: шипы на эффекте памяти формы способны вылезать из шин только при нагревании, а не при охлаждении. При охлаждении они не способны развить значительного усилия. Значит, требуется обратный механизм – как с центрифугой, создающей давление в центре.

Тензодатчики (датчики давления) уже производят в массовых количествах. Соединим их с наночипами. Это позволит менять характер протектора в зависимости от характера дороги. Водители со стажем знают, что зимние шины сделаны из более мягкой резины, а летние наоборот. Существуют ещё всесезонные шины, но это просто некоторый промежуточный вариант. Надо сказать, что сделать резину, которая становится более мягкой при снижении температуры, ещё не удалось (мера хаоса замкнутой системы при снижении температуры обычно падает). Это против существующих законов атомной физики, но это не значит, что задача не может быть решена.

Наночипы можно встраивать в шины и диски и получать информацию на автокомпьютере о характере дороги, давлении в шинах, получать рекомендации о режиме движения и предотвращать некоторые ДТП…

А ведь я не отличаю дорогую резину от дешёвой, в отличие от моих студентов. Тем не менее на минувшей контрольной многие дальше плагиата о сферических колёсах не пошли…

Минул год. 17 октября 2012-го в научно-популярном журнале «Технологии будущего» появилось следующее сообщение:

«Как мы знаем, история колеса насчитывает уже более чем тысячу лет. За всё это время оно, конечно, претерпело некоторые изменения, например, приобрело резиновое покрытие, стальные спицы и тому подобное, однако так и осталось обычным колесом. Казалось бы, ничего нового тут уже не придумаешь, правда, студенты из колледжа инженерии Чарльза Дэвидсона (университет Сан-Хосе) решили всё-таки выйти «за грани возможного». Если точнее, они использовали уже не сами колёса, а большие шары, или сферы. Иными словами, смекалистые ученики нашли забавную альтернативу тривиальным колёсам. Группа студентов из Сан-Хосе сконструировала на основе таких шаров самый настоящий мотоцикл. Тут сферические колёса было решено изготовить из стекло– и углеволокна, а потом покрыть их специальной резиной. Вопрос – как же такие чудесные колёса приводятся в действие? Тут используется так называемое фрикционное сцепление и три электрических двигателя, которые установлены выше – около вилки и подрамника. Такие колёса могут вращаться практически в любом направлении, что в случае с мотоциклом, конечно, не очень удобно. Проблему планируется решить с помощью гидроакселерометра и компьютерного управления».

Надо упомянуть ещё одно парадоксальное решение. Пятнадцать лет назад в лабораториях компании Michelin началось создание экологически чистого электрического колеса будущего, вмещающего в себя весь автомобиль, не считая кузова и сидений: двигатель, трансмиссию, подвеску, рулевое управление и тормозную систему… Об этих успехах сообщал журнал «Популярная механика» в апреле 2009 года.

«Коктейль Молотова»

Бренд, пожалуй, сравнимый разве что с другим, тоже военным – АКМ. Если для кого-то из читателей состав его и является тайной за семью печатями, а не секретом Полишинеля, это не помешает приложить умственные усилия к «партизанской» изобретательской задаче.

Увы, но опыт уже первых месяцев Великой Отечественной войны показал: смельчак, вооружённый бутылкой с зажигательной смесью, в большинстве случаев оставался в зоне поражения противника сразу после броска. Полыхнувшее пламя озаряло пространство, высвечивая фигуру «бомбометальщика». Он рисковал быть срезанным автоматной или пулемётной очередью, будучи замеченным. Времени, чтобы укрыться после броска, тоже было сравнимо с несколькими мгновениями. Кроме того, если и можно изловчиться швырнуть бутылку в медленно ползущий танк или бронетранспортёр, то брошенная в мчащийся на полной скорости эшелон, она бы отрикошетила. А даже если бы и разбилась – встречный поток воздуха «слизнул» бы с поверхности вагона и жидкость и пламя.

Предложите эффективный и сравнительно безопасный для партизан и диверсантов способ поджога вражеских эшелонов.

Нельзя сказать, чтобы идея «коктейля» была совершенно нова. Уже хотя бы потому, что в войне с Советским Союзом 1939–1940 годов финские солдаты применяли бутылки с зажигательной смесью, и из более чем 1900 выбывших танков Красной армии пятая часть приходится на успешное использование «коктейля для Молотова». Хотя по другой версии, название за смесью закрепилось из-за постановления Государственного Комитета Обороны за подписью легендарного наркома от 7 июля 1941 года: Наркомпищепрому – наладить массовое производство стратегически важной продукции.

Вот и финны организовали производство своего коктейля для русских танков на базе крупной госкомпании «Алко», которая в первые три месяца войны выпустила полмиллиона снаряжённых бутылок с горючей смесью – керосина, дёгтя и денатурата. По инструкции, разить бутылкой надо было моторный воздухозаборник, чтобы обездвижить танк.

До 80 % бутылок, впрочем, поджигались снаружи так называемыми штормовыми спичками. То есть, запалив такую спичку, прикрученную к бутылке, надо было прицельно швырнуть сосуд, так, чтобы стекло разбилось. Если по какой-то причине броска не совершалось, имелась вторая «спичка», прикрученная с противоположной стороны бутылки, – для второй попытки. Пролитая из разбитой бутылки смесь вспыхивала. Ещё 20 % бутылок содержали внутри плавающую в смеси ампулу с белым фосфором или серной кислотой. Разрушение ампулы при броске происходило в случае попадания…

Как пишет патентовед А. Ренкель, «сосуды с зажигательной смесью придумали и начали применять не где-нибудь, а на Кубе, причём почти за полвека до «коктейля Молотова», во время Войны за независимость. По крайней мере, так утверждают кубинские историки. По их уверениям, известна даже точная дата появления этого оружия: 20 июля 1895 года, когда отряды кубинских повстанцев-мамби осадили испанский гарнизон в населённом пункте Байре. Кубинцы потребовали капитуляции, пригрозив применить «новое секретное оружие». Получив отказ, они пустили в ход бутылки, наполненные керосином, с подожжёнными фитилями. Психологический эффект и устрашение огнём были столь сильными, что уже через полчаса испанцы выбросили белый флаг. Через 20 лет немецкий шпион Ринтелен применил жидкую горючую смесь для поджога транспортных кораблей, перевозивших союзникам военные грузы из США. Докеры-диверсанты незаметно разбрасывали в трюмах кораблей трубчатые металлические пеналы с запаянной в центре пластинкой. Полости трубки были залиты разными кислотами. Одна из них разъедала пластинку, и при соприкосновении с другой кислоты воспламенялись. Пожар неожиданно для команды охватывал судно в океане, и оно погибало. Из-за поломки двигателя один корабль разгрузили в порту и обнаружили зажигательные пеналы. Диверсионную сеть изобретательного шпиона ликвидировали, а его самого суд приговорил к четырём годам каторжных работ» («Изобретатель и рационализатор» № 5 (665)/ 2005).

Советский «Коктейль Молотова» имел в обиходе прозвание КС, хотя мало кто догадывался, что это инициалы разработчиков А.Т. Качугина и П.С. Солодовника. Состав: бензин, керосин и лигроин [54] в равных объёмных пропорциях. Воспламенение осуществлялось «запалом Кибальчича» – тонкостенной ампулой с серной кислотой, бертолетовой солью и сахарной пудрой.

«В начале июля 1941 года, прибыв в Саратов, Качугин, Солодовник и инженер Наркомата обороны М. Щеглов, которого Качугин тоже привлёк к работе, рассказали о своей идее использовать для уничтожения танков бутылки с горючей смесью и запальным устройством заместителю наркома заготовок М.И. Степанову. В распоряжение изобретателей предоставили химическую лабораторию Саратовского университета. Они испробовали множество вариантов – проверяли действие бутылок с запалом и смесью под дождём, в грязи, даже под водой. 15 августа 1941 года их испытали на полигоне. Человек, вооружившись бутылкой, вступил в единоборство с железной громадой – танком. Этим человеком был М.А. Щеглов. Уже вторая бутылка точно попала в цель. Танк вспыхнул и остановился.

Результаты испытаний были переданы в Наркомат обороны. И вскоре на нескольких предприятиях, в том числе на Московском электроламповом заводе, началось промышленное производство бутылок «КС».

Бывший в ту пору директором электролампового завода К.А. Гладков вспоминал: «Впоследствии в горючую смесь изобретатели добавили вещество, благодаря которому она не стекала с поверхности [55] .

По заданию Наркомата обороны Качугин, Солодовник и Щеглов разработали ещё один запал, срабатывающий в точно заданное время. При этом он не содержал ни одной металлической детали и был неуязвим для миноискателя. Изготовили они также специальную мастику, при помощи которой запал можно было закрепить в любом нужном месте. Партизаны, действовавшие в тылу врага, с успехом применяли эти запалы», – писала Белла Качугина в книге «С высоты прожитых лет» со ссылкой на статью В. Кейзер «КС» против танков» (6 мая 1973 г., «Московская правда»).

Поправим журналиста. «Советский изобретатель А.Т. Качугин, один из соавторов «коктейля Молотова», в 1941 г. разработал для партизан диверсионное зажигательное средство, которое смогло заменить дефицитные и дорогие магнитные мины. Изготовленная Качугиным мастика походила на обычное мыло, ею даже можно было мыться, и поэтому не вызывала подозрений у немцев и полицейских на оккупированных территориях.

В состав «партизанского мыла», кроме собственно мыла, добавляли фосфорные соединения [56] – и это не случайно: отпадала нужда во взрывателях и воспламенителях (т. е. специальных дополнительных устройствах. – Авт .). Партизаны прикрепляли мастику к вагонам, а когда поезд набирал скорость, фосфор начинал интенсивно окисляться под воздействием набегающего потока воздуха и загорался, поджигая мастику, а та развивала температуру более 1000 °С, так что от этого жара полыхал и металл. При этом установить причину пожара, где и когда он занялся, было невозможно» [57] .

Итак, непохожую ни на какой взрывчатый предмет мастику заранее прикрепляли к вагону, который требовалось поджечь, само возгорание происходило потом , когда диверсанта и след простыл. Возможно, и вес куска «партизанского мыла» был значительно меньше веса любой магнитной мины, со всеми вытекающими последствиями, включая удобство транспортировки и переноски.

Кстати, во время Великой Отечественной войны тот же Качугин предложил методы изготовления простых зажигалок на бесцериевых кремнях, это снимало проблему дефицита спичек.

Роковая ошибка барона Данглара

Наверное, читатели помнят, как изобретательно жестоко отомстил граф Монте-Кристо барону Данглару. Ошибка телеграфиста, по совместительству садовода-любителя, подкупленного Монте-Кристо (на 25 тысяч франков, полученных от графа, можно было обзавестись неплохим хозяйством), стоила Данглару всего состояния:

«Удар попал в цель: красный от возбуждения и весь в поту, старичок проделал один за другим все три сигнала, данные ему графом, несмотря на отчаянные призывы корреспондента справа, который, ничего не понимая в происходящем, начинал думать, что любитель персиков сошёл с ума.

Что касается корреспондента слева, то тот добросовестно повторил его сигналы, которые в конце концов были приняты министерством внутренних дел.

– Теперь вы богаты, – сказал Монте-Кристо.

– Да, – сказал чиновник, – но какой ценой?

– Послушайте, друг мой, – сказал Монте-Кристо, – я не хочу, чтобы вас мучила совесть: поверьте, клянусь вам, вы никому не сделали вреда и только содействовали Божьему промыслу».

Но позвольте!! Здесь явно что-то не сходится! Действие этих глав знаменитого романа приходится на 1836–1837 годы. Между тем хорошо известно, что первый телеграф создал всего лишь за пять лет до этого русский учёный Павел Львович Шиллинг в Петербурге. Спустя год после Шиллинга его изобретение повторили немцы – Карл Гаусс и Вильгельм Вебер. Только в 1837 году Самюэль Морзе получил патент на своё устройство в США, и коммерческая эксплуатация электрического телеграфа впервые была начата в Лондоне в 1837 Уильямом Куком и Чарльзом Уитстоном [59] . Лишь в 1839 году русский изобретатель Борис Семёнович Якоби построил пишущий телеграфный аппарат, а позднее, в 1850 году, – буквопечатающий телеграфный аппарат.

Не ошибся ли Александр Дюма? Не перенёс ли он уже известные ему на 1845 год (создания романа) изобретения на более ранний период?

Если внимательно читать роман «Граф Монте-Кристо», можно найти даже описание телеграфа, но только вот какого?

«Право, сударыня, – сказал Монте-Кристо, – я боюсь сознаться вам, куда я еду.

– Всё равно, скажите.

– Я, как настоящий ротозей, собираюсь поехать посмотреть на одну вещь, о которой я нередко мечтал целыми часами.

– Что же это такое?

– Телеграф.

– Телеграф? – повторила г-жа де Вильфор.

– Да, телеграф. Мне иногда приходилось, в яркий день, видеть на краю дороги, на пригорке, эти вздымающиеся кверху чёрные суставчатые руки, похожие на лапы огромного жука, и, уверяю вас, я всегда глядел на них с волнением. Я думал о том, что эти странные знаки, так чётко рассекающие воздух и передающие за триста лье неведомую волю человека, сидящего за столом, другому человеку, сидящему в конце линии за другим столом, вырисовываются на серых тучах или голубом небе только силою желания этого всемогущего властелина; и я думал о духах, сильфах, гномах – словом, о тайных силах, – и смеялся. Но у меня никогда не являлось желания поближе рассмотреть этих огромных насекомых с белым брюшком и тощими чёрными лапами, потому что я боялся найти под их каменными крыльями маленькое человеческое существо, очень важное, очень педантичное, напичканное науками, каббалистикой или колдовством» (Александр Дюма-отец, «Граф Монте-Кристо»).

Разумеется, писатель ничего не напутал. Речь об оптическом телеграфе. Принцип был известен со времён ранней Византии. Благодаря системе башен с примитивным античным оборудованием в столице империи задолго до подхода врагов узнавали о грозящей опасности.

Самая длинная в мире линия оптического телеграфа в 1200 км. Благополучно действовала между Петербургом и Варшавой, сигнал распространялся по ней за 15 минут посредством семафорных устройств из подвижных реек – последовательно от башни к башне.

Между прочим, члены экипажа дирижабля «Италия», потерпевшего катастрофу на пути к Северному полюсу весной 1928 года, были спасены находчивостью механика экспедиции Умберто Нобиле. Он сделал зеркальце из шоколадной фольги и сумел послать зайчик пилоту поискового самолёта (Петрович, Цуриков, 1986. С. 92).

Уместно добавить также, что телеграфные аппараты Шиллинга, Гаусса-Вебера, Кука-Уитстона относятся к электромагнитным аппаратам стрелочного типа (стрелка на приёмнике показывала буквы алфавита, расположенные по окружности наподобие цифр в часах), в то время как аппарат Морзе являлся электромеханическим. Большой заслугой Морзе является изобретение телеграфного кода, где буквы алфавита были представлены комбинацией тире и точек (так называемая азбука Морзе).

Из эволюции предметов быта

Разные иглы бывают на свете: сосновые и еловые, иглы ежа и дикобраза. Иглами вооружены многие морские обитатели. Острые и узкие осколки костей и даже древесные щепки служили нашим далёким предкам в деле кройки и шитья.

Хотя нитка – не верблюд, но даже ей бывает трудно пройти сквозь игольное отверстие. Предложите, как можно улучшить столь неизменную в веках систему, каковой является обычная иголка?

«Тысячи лет развития иглы привели к созданию исключительно простой системы, которая чрезвычайно широко используется человеком. Но даже тысячи лет проб и ошибок не устранили принципиальный недостаток иглы – узкое ушко, куда так трудно вставлять нитку хозяйкам.

Идеальный конечный результат для иглы прост: отверстие должно само становиться большим, когда нужно вставлять нить. Но если сделать большое ушко, скажем, размером с монету, то как шить? Ведь оно не пролезет за иглой. Вот мы и получили физическое противоречие: ушко должно быть большим, чтобы легко вставлять нить, и оно должно быть маленьким, чтобы не мешать шитью.

Изобретатель Ю. Ермаков преодолел коварное противоречие применением эффекта памяти формы: прикоснулись иглой к тёплому предмету, и ушко тут же расширяется, делается круглым, нитка легко продевается в него, а через секунду-другую оно опять узкое.

А если попытаться пойти дальше и ушко убрать вообще? При сшивании краёв ран при операциях даже очень узкое ушко травмирует ткань, так как нить в месте сгиба утолщена. Существует изобретение, которое решает эту проблему идеально: конец нити металлизируется, заостряется и служит иглой. И никаких проблем» (Петрович, Цуриков, 1986. С. 87–88).

«…Классическая опасная бритва, известная уже не одну сотню лет, до сих пор имеет своих приверженцев. Но только среди людей с твёрдой рукой, так как любые неверные движения надолго оставляют о себе память и неприятные ощущения.

Развитие безопасного поколения бритвенных приборов пошло в двух направлениях. Одно из них – принципиальное усовершенствование опасной бритвы. Другое – шумно заявившее о себе первыми дребезжащими конструкциями механических и электрических бритв, по-моему, лишено в основе своей той конструктивной элегантности, которая присуща современным представителям классического стиля…

Принцип повышения безопасности лезвия был найден ещё более ста лет назад: вокруг острия располагали гребенчатый ограничитель (барьер), оставляющий открытым лишь небольшую часть лезвия. Ограничитель не только исключал возможности серьёзных порезов, но и помогал задать правильный угол наклона лезвия к коже. Но принципиальным этапом совершенствования бритвы явился поворот лезвия вокруг рукоятки; поперечное расположение съёмного лезвия вплотную приблизило конструкции конца XIX века к современным. Однако лезвие таких бритв по-прежнему выполнялось в виде заточенного клина, и только в 1905 г. знаменитый впоследствии американец Жиллет получил патент № 162438 на бритву со сменным лезвием из тонкой стальной пластины, заточенной уже с двух сторон, что позволяло максимально использовать каждое лезвие…

Изобретатель сумел предусмотреть всё: крепёжные отверстия в лезвиях и ответные штыри в станке, обеспечивающие точную фиксацию лезвия; его поджим, позволяющий установить нужный угол резания; удобство замены отработанных лезвий.

Изобретение Жиллета в короткий срок завоевало мировой рынок. Фирма, основанная изобретателем, организовала массовый выпуск лезвий и станков, принёсших автору изобретений солидный капитал. Вдогонку бросились и другие изобретатели, но почти за 70 последующих лет не было создано ни одной конструкции, которая смогла бы соперничать с бритвой Жиллета. Случай в технике, да притом такой насущно необходимой каждому, прямо-таки беспрецедентный!

Среди изобретательских увлечений этого периода были увлечения многокромочными «вечными» лезвиями. Станок с целой обоймой лезвий, поджатых пружиной и поочерёдно вводящихся в дело; барабан наподобие водяного колеса, каждая поперечина которого – новое лезвие; бумажная лента с наклеенными на неё лезвиями, вытягиваемыми поочерёдно через щель в головке станка. И верх изобретательности – стальная лента с острой кромкой; затем она же, но с двумя кромками, закрученная в виде ленты Мёбиуса. В этой затянувшейся чехарде технической казуистики нужен был принципиальный рывок. И этот рывок произошёл, причём он опять-таки был связан с безопасной бритвой. Изобретатель Норманн Уэлш получил в 1970 году советский патент № 262768 на имя фирмы «Джиллет Индастриз Лимитед» на головку безопасной бритвы с двумя лезвиями. Причём одно из них во время бритья служило опорой второму. В этой первой «двухлезвенной» конструкции бритвы лезвия были повёрнуты острыми кромками навстречу друг другу, и пользоваться бритвой предлагалось, двигая её поочерёдно в двух противоположных направлениях.

Следующий шаг по модернизации бритвы Жиллета, защищённой в 1974 году патентом США № 3832274, опять обеспечил фирме абсолютное преимущество на бритвенном рынке. Лезвия встали друг над другом и развернули режущие кромки в одну сторону. Процесс срезания волоса происходит как бы в два этапа, кроме того, одно из лезвий служит упором (ограничителем) для другого. Таким образом, совершенствование безопасной бритвы было закончено. А использование качающейся (плавающей) головки и выдвижной подпружиненной пластины для очистки бритвы было лишь развитием старых идей или мелкими штрихами к основному изобретению» (Речицкий, 1988. С. 89–91).

Вы думаете, что ничего лучшего на этом поприще уже не придумать? Однако необходимо довести развитие технической системы до логического конца. Было бы идеально, чтобы функция выполнялась, а устройство бы отсутствовало.

В 1958 году опубликован рассказ Роберта Силверберга «Company Store», в русском переводе 1970-х журнала «Юный техник» – «Контракт». Колонист на чужой планете по условиям договора с компанией, его туда направившей, мог бесплатно получать всё самое необходимое. Но бритвенные лезвия и крем корпорация посчитала лишней принадлежностью снаряжения и выставила за них счёт. На счастье колониста на ту же планету забрёл робот-коммивояжёр, который среди всего прочего снабдил изрядно заросшего щетиной героя кремом-депилятором. Помазал щёки и подбородок – бороды как не бывало.

Экстрактом для усиленного роста или укрепления волос сейчас никого уже не удивишь. Но если следовать инверсной линии развития идеи, то ещё лет двадцать назад западными учёными было объявлено о первых успехах по активизации повторного роста зубов – взамен утраченных. Не нужны никакие протезы. Специальный состав (которым человечество обязано акулам!) наносится на десну, и вскоре… Главное, точно соблюдать предписания, иначе пасть будет чересчур клыкастой.

А эта задача стоит и по сей день . Так что если наш читатель найдёт красивое решение, то может получить неплохую, даже по меркам Западной Европы, денежную премию. 10 лет назад мэр Лондона посулил выплатить сто тысяч фунтов стерлингов тому, кто решит нижеследующую проблему, то есть на момент этого издания премия никому не вручена:

«Сто лет назад лондонцы в жару нередко укрывались на станциях метро, где всегда держалась прохлада. Но эти времена давно прошли. Лондонский метрополитен был первым в мире, открылся он в 1863 году. Туннели проходят главным образом через слой слежавшейся глины, который долго оставался холодным и охлаждал воздух в туннелях. Но за полтора века глина прогрелась. За последние сто лет температура в туннелях удвоилась. Летом на некоторых станциях средняя температура доходит до 32 градусов Цельсия, а рекорд, достигнутый летом 2006 года, составил 47 градусов.

Повышение температуры связывают с учащением движения поездов – не несколько пар в час, как было раньше, а каждые несколько минут. Электродвигатели разогреваются при каждом наборе скорости, тормоза – при торможении. Кроме того, под вагонами имеются балластные сопротивления, поглощающие энергию в те моменты, когда она не нужна. Вместе эти устройства дают 80 % нежелательного тепла. Остальное добавляют пассажиры, особенно в часы пик, когда они спрессованы в вагоне плотнее килек в банке.

Что делать? Сокращать энергопотребление поездов. Только сейчас в лондонском метро вводят регенеративное торможение, превращающее кинетическую энергию не в тепло, а в электроэнергию, поступающую обратно в сеть (в московском метро такая система работает уже не первое десятилетие). В вентиляционных шахтах ставят новые огромные вентиляторы весом две тонны, отсасывающие в секунду 75 кубометров тёплого воздуха из-под земли.

В метро Мадрида подают воздух с тонко распылённой водяной взвесью, которая поглощает тепло. Но Мадрид лежит далеко от моря, там воздух сухой, а в Лондоне влажность и без того повышена.

Установка кондиционеров в вагонах, как это сделано в метро Нью-Йорка (и начинают делать в Москве), не поможет – ведь кондиционеры только откачивают тепло из вагонов в туннели и на станции.

На одной из линий лондонского метро, которая частично проходит по поверхности, испытали новую систему – «холодильник на колёсах». Пока поезд идёт по открытой местности, в контейнерах под вагонами намораживается лёд. В туннеле холодильник отключается, лёд тает, охлаждая и вагон, и туннель, и станцию. Испытания прошли блестяще, но не все линии имеют открытые участки, и в любом случае снабдить такой системой все поезда метро удастся не раньше 2020 года…» (Наука и жизнь. – 2012. – № 7).

Форма и габариты многих окружающих нас предметов – иногда лишь результат случайности. Так, на рубашке некоего голландского инженера был карман со сторонами чуть больше 12 см, и там лежала 10-центовая монета. Если кто не знает, она в диаметре чуть меньше нынешней российской – десятикопеечной.

Какой же бытовой для нас ныне предмет обязан внешним видом такому стечению обстоятельств?

В прежнее время нефтяные супертанкеры мыли из мощных брандспойтов. Но были вынуждены отказаться от этого из соображений производственной безопасности, поскольку такое «мытьё» неоднократно приводило к пожарам и взрывам. Почему они происходили?

Из эволюции летательных средств. Преимущества, которые сулили дирижабли, перевешивали всевозможные трудности по их строительству и эксплуатации. При энергетическом дефиците к использованию дирижаблей тем более стоит вернуться.

Основные сложности заключаются в создании подъёмной силы – водород взрывоопасен, а гелий дорог. Как быть?

Первым предложил использовать в летательных аппаратах герметичные кабины с запасом кислорода ещё Д.И. Менделеев. Эту идею реализовал швейцарец О. Пикар [60] . Стратостат Пикара имел ёмкость наполненную гелием, и герметичную кабину. Для управления аппаратом из кабины должен был проходить трос с длиной хода до 20 м. Если зазор между стенками кабины и тросом большой, хорошо ходит трос, но просачивается воздух. Если нет зазора, то герметизация обеспечена, но не ходит трос. Как могла быть решена задача в то время? Как бы вы решили её сейчас?

Из эволюции осветительных приборов. Почему в картинных галереях от создающих равномерное освещение люминесцентных ламп в своё время отказались и снова вернулись к обычным лампам накаливания?

Работа в контексте

В начале 1950-х годов один английский инженер-акустик построил прибор, названный «ящик-арбуз». На этом приборе спереди висел микрофон, наверху находилась красная лампочка. Когда в микрофон произносили слово «арбуз», лампочка загоралась. Больше ничего прибор делать не умел. Многие современные деятели весьма напоминают этот прибор, но мы-то можем и хотим говорить умно, креативно?!

Давайте «прыгнем в воду». Без этого плавать не научиться. Возьмём некий простейший текст на Диале и рассмотрим его перевод в так называемом «базисном» (то есть обиходном, бытовом, общепринятом) контексте.

Ритмика определяет само пространство-время речи. Это особенно заметно на примере стихотворных произведений. Дети постигают язык по азбуке и букварю, вот и наш читатель должен вспомнить годы молодые, ведь и Москва не сразу строилась.

Рар Ара, рАр орАэО.

Рар Ара, рАр оЭ.

орРА орРА ро АоО,

Примерный (не литературный, а «технический») перевод следующий. Ходок пошёл, ходок преобразовал круговое движение в прямолинейное, выправляя нестройную походку. Ходок пошёл с нарушением равновесия. Орудие для совершения путешествия большого ходока – дорога-отсчёт кругового движения к прямолинейности приводит к успокоению. Не ходил бы – не свалился бы [61] . ВОПРОС № 80

Ехал грека через реку…

Рур арА лья Орго Ога.

Рур увУ/ у Ога Рэр.

Рур урУ агрУ уй Ога.

Из дома вышел человек… (из Даниила Хармса)

ли ОДго Ара БУ пу УБ

ЙО вУр уд бу обБО

бу у орОГ, бу у/ орОГ

йо АР, йо АР, бу УВ убУ

йо У/ орБУ увУ

га О, га hО, га О, га hО,

ло РО йо Уву ог\пу ОГ

йо Ара уль оОГ

бу АоО, бу АоО,

Степь да степь кругом…

ОГ бу ОГ эрО

ОРго АРго РА

льу ро оОг эрО

hЭ оЭh урУ

hОоh го диЛИ

йо роО пуГУ