Турбулентное мышление. Зарядка для интеллекта
Шрифт:
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
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.
ВОПРОС № 68
«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.
Предлагаем продолжить разбор эволюции колеса! Мяч на вашей половине поля, дорогие читатели!«Коктейль Молотова»
Бренд, пожалуй, сравнимый
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.
ВОПРОС № 69
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.
Анатолий Трофимович Качугин (1895–1971) – врач-хирург, биолог, инженер-химик, прозванный советским Кулибиным, автор и других 150 изобретений, включая, например, устройства для ориентирования незрячих или средство от туберкулёза [58] . История его непростой жизни освещена в многочисленных статьях и книгах, к которым мы читателя и направляем…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.