home | login | register | DMCA | contacts | help | donate |      

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


my bookshelf | genres | recommend | rating of books | rating of authors | reviews | new | форум | collections | читалки | авторам | add

реклама - advertisement



ПО „ПАТЕНТАМ41 ПРИРОДЫ


...природа иногда указывает, как самые .сложные задачи решаются с поразительной простотой.

М, Тихонравов, "Полет птиц».

«— Плохо! Извольте учиться у шмеля, у мухи! — воскликнул Думчев. — Шмель пролетает в минуту расстояние в десять тысяч длин своего тела. Посчитайте, сколько же своих длин покрывает в минуту ваш самолет?

Думчев выжидательно и хитровато смотрел на меня.

Я стал считать в уме: принял длину самолета в десять метров, и получилось, что самолет покрывает в минуту свою длину тысячу шестьсот — две тысячи раз. Феноменальное отставание от шмеля!..

А Думчев говорил:

— Комар, простой комар одним движением — только одним движением! — ударяет всей широтой поверхности крыла сверху вниз. Кажется, просто. А построил ли человек летательный аппарат с машущим крылом?

И опять я не знал, что ответить.

— А научились ли люди у насекомого, — говорил Думчев, — строить такие аппараты, чтобы они, как насекомые, отбрасывали крыльями токи воздуха в любом направлении и умели поднимать-

ся на них под любым углом и с любой скоростью? Отвечайте: додумались ли вы до таких самолетов?..»

Разговор этот происходил в Стране Дремучих Трав, где Сергей Сергеевич Думчев провел десятки лет. Попал он в эту страну необычным путем: ему пришлось уменьшить свой рост до размеров... муравья, ибо Страна Дремучих Трав — это страна насекомых. Разумеется, такое путешествие возможно лишь в фантастическом романе. Оно и произошло в фантастическом романе В. Брагина «В Стране Дремучих Трав».

Итак, Думчев десятки лет провел в этой стране. Он мечтал: «Слушайте, вы, обитатели Страны Дремучих Трав! Миллионы лет вы хранили, прятали от человека свои тайны. Я их разгадал. Я передам эти тайны человеку!» Но получилось иначе. Вернувшись в «большой мир», Думчев обнаружил, что люди далеко превзошли насекомых. Путешествие а Страну Дремучих Трав оказалось, по мнению автора романа, напрасным.

Неужели человеку нечего перенять у природы? Предоставим слово чешскому писателю ' Карелу Чапеку. Вот что пишет Чапек в статье «Об изобретениях»: «Самолет так же мало похож на птицу, как торпеда на форель. Если бы человеку в самом деле вздумалось соорудить металлическую птицу, ручаюсь, что она у него не полетела бы. Для того чтобы осуществить то, что делает природа, он всегда вынужден был подходить к делу совершенно иначе. В этом состоит невероятность и парадоксальность изобретений.


ПО «ПАТЕНТУ» ПРИРОДЫ

Двухфокусные очки

Существует любопытная рыба — «четырехглазая» Она живет в мелкой воде и высматривает добычу на поверхности воды. В соответствии с этим горизонтальная перегородка делит в глазах v нее роговицу и хрусталик пополам. Верхняя часть глаза, служащая для зрения в воздухе, имеет линзообразный хрусталик и дальнозорка. а нижняя часть глащ, предназначенная для зрения в воде, обладает сообразным хрусталиком и близорука. Сетчатка у каждого глаза одна для обеих частей оптического аппарата. Глаза «чегырехглазой» рыбы похожи на сочки дальнозоркого человека, каждое стекло А которых составлено из двух половин различной кривизны: верхней для зрения вдаль и нижней для зрения вблизи.

Перископ

Другая интересная рыба — периофтальмус — живет на побережьях Азии. Африки и Полинезии. Глаза v нее работают, как перископ: скрываясь под водой или в грязи, она выставляет их из воды и выслеживает добычу.


Человеку удавалось догнать природу только в тех случаях, когда он приступал к делу иначе, чем она. Задавшись целью передвигаться по земле быстрей, он не стал пристраивать себе четыре ноги, как у оленя или лошади, а сделал колеса. Веревочник, свивая веревку, пятится, то есть движется способом, как раз обратным тому, которым движется паук, ткущий свою паутину. Если б человек вздумал подражать пауку, он никогда не изобрел бы ткацкого станка. Вся техническая фантазия человека состоит в том, чтоб взяться за дело не с того конца, с которого берется природа; я сказал бы, с прямо противоположного».

А вот что говорят ученые.

Академик Н. Семенов: «Я думаю, что дальнейшее развитие техники в значительной мере зависит от того, насколько люди сумеют перенести в нее принципы работы живых организмов».

Академик Б. Петров: «Для теории автоматических систем очень полезны исследования процессов управления и регуляции в живых организмах. Поэтому проблемы биологической кибернетики и изучения аналогий между процессами в живых организмах и автоматических системах вызывают большой интерес».

Кто же прав?

И писатели, и ученые. Да, да! Если внимательно сопоставить их высказывания, можно заметить, что, в сущности, они не противоречат друг другу. Писатели говорят о том, что техника раньше не использовала природные прообразы, а пыталась идти, так сказать, наперекор природе. Ученые же говорят о том, что в дальнейшем многое зависит от того, насколько удастся использовать приемы, «изобретенные» природой.

Действительно, в XVIИ—XIX вв. изобретатели очень редко использовали природные прообразы. Известно лишь несколько таких случаев, в частности изобретение висячих мостов.

Английский инженер Сэмюэль Браун жил у реки Твид. Однаж ды, гласит предание, Брауну было поручено построить через реку Твид мост, который отличался бы прочностью и в то же время не

был бы слишком дорог. Иначе говоря, Боауну надо было преодолеть техническое противоречие. Как-то, прогуливаясь по своему саду, Браун заметил паутину, протянутую через дорожку. В ту же минуту ему пришла в голову мысль, что подобным образом можно построить и висячий мост на железных цепях.

Сейчас трудно судить, что в этом предании достоверно, а что приукрашено. Важно одно: природа иногда сама, без просьбы, подсказывает решение недогадливому изобретателю. Казалось бы, а почему сознательно не обратиться к помощи природы?

Одна из первых таких попыток связана с именем знаменитого физика Роберта Вуда.

Это было в годы первой мировой войны. Германские подводные лодки хозяйничали на морских дорогах. Британский флот получил на вооружение гидрофоны — приборы для обнаружения подводных лодок по шуму винтов. Сторожевые корабли, оснащенные гидрофонами, вышли в море и... обнаружилось техническое противоречие.

Первые, еще очень примитивные, гидрофоны походили на большую докторскую трубку. Приемное отверстие этой трубки было выведено за борт, в воду. Во время хода корабля движение воды у приемного отверстия гидрофона создавало шум. заглушающий звук винтов подводной лодки. Возникало типичное техническое противоречие: для преследования подводной лодки надо слышать, а чтобы слышать, надо остановиться и прекратить преследование. Роберту Вуду было известно, что тюлени отлично слышат при движении. Вуд предложил гидрофон, у которого приемное отверстие имело форму ушной раковины тюлей. И гидрофоны слали «слышать» даже на полном ходу корабля.


ПО «ПАТЕНТУ» ПРИРОДЫ

Ветряк

При помощи сверхскоростной киносъемки удалось установить, что крыло бабочки совершает в полете не просто машущее движение, но еще и волнообразно изгибается так, что вершина крыла описывает «восьмерку». Если приделать к ветряку подвинутые лопасти в виде крылышек, производящих восьмеркообразные движения, то работать ветряк станет при самом тихом ветре.

Парашют

Из авторского свидетельства № 41356: «Известно, что семена клена, будучи брошены, выравниваются

и совершают вращательное движение. На этом свойстве кленового семени и основано устройство парашюта. Предлагаемый парашют выполнен в виде лопасти, снабженной ларчиком, предназначенным для размещения ж нем груза».


В этом изобретении очень отчетливо проявилась характерная особенность использования природных прообразов. Вуд не знал,

Как научиться изобретать

почему ушная раковина у тюленя имеет именно такую форму. На исследования и расчеты просто не оставалось времени, Изобретатель заимствовал у природы готовое решение. И лишь впоследствии удалось понять, на чем именно основан «патент» природы.

Природа “ неисчерпаемая «патентная» библиотека. Но этой библиотекой надо уметь пользоваться. Далеко не всегда изобретатели правильно «переписывают» решения природы.

В 1813 году английский изобретатель Брунтон построил шагающий паровоз. Металлические «ноги» должны были, по мысли изобретателя, шагать по земле, толкая паровоз вперед (рис. 12). При первом же испытании выяснилось, что механизм стальных ног работает слишком медленно Тогда Брунтон повысил давление в котле и... произошел взрыв. Впоследствии один из историков техники не без ехидства писал: «Если эту машину нельзя назвать движущимся паровозом, то можно сказать, что это был первый взорвавшийся паровоз».

Казалось бы, Брунтон точно скопировал решение природы. Почему же паровоз получился неудачным? Кто виноват — природа или изобретатель? Безусловно, изобретатель! Природа «изобрела» ноги для сравнительно медленного передвижения по неровной местности. В этих условиях ничего лучшего не придумаешь. Паровоз же должен передвигаться с большой скоростью по исключительно ровной дороге (рельсам). Это совсем иные условия!

Позже изобретатели вернулись к идее шагающего движителя. Шагающим устройством, например, снабжены гигантские экскаваторы. Здесь природный прообраз использован в сходных условиях: экскаватору приходится сравнительно медленно передвигаться по пересеченной . местности.

Вплоть до самого последнего времени изобретатели не жаловали метод использования природных прообразов. Считалось очевидным, что когда-то, на заре развития техники, люди более или менее бессознательно использовали приемы природы; в дальнейшем это перестало иметь значение, ибо техника начала оперировать с исключительно высокими скоростями, давлениями, температурами и т. д.г которые не встречаются в природе. Так думали многие. Трудно сказать, насколько это задержало развитие техники. Люди дорогой ценой платили за пренебрежительное отношение к одному из самых эффективных методов изобретательства.

Поучительна в этом отношении история борьбы с флаттером.

В середине тридцатых годов конструкторы, создавшие скоростные самолеты, столкнулись с явлением, названным «флаттер». Как только скорость самолета переходила определенный предел, возникали резкие колебания. Вот как описывает флаттер легчик-испытатель Герой Советского Союза М, Галлай: «И вдруг — будто

огромные невидимые кувалды со страшной силой забарабанили по самолету. Все затряслось так, что приборы на доске передо мной стали невидимыми, как спицы вращающегося колеса. Я не мог ви-деть крыльев, но всем своим существом чувствовал, что они полощутся, как вымпелы на ветру. Меня самого швыряло по кабине из стороны в сторону — долго после этого не проходили на плечах набитые о борта синяки. Штурвал, будто превратившийся в какое-то совершенно самостоятельное, живое и притом обладающее предельно строптивым характером существо, вырвался у меня из рук и метался по кабине так, что попытки поймать его ни к чему, кроме увесистых ударов по кистям и пальцам, не приводили. Грохот хлопающих листов обшивки, выстрелы лопающихся заклепок, треск силовых элементов конструкции сливались во всепоглощающий шум...»

В конце концов флаттер был устранен утолщением передней кромки конца крыльев. Прошли годы. Однажды советский исследователь Ю. Залесский занялся изучением роли отдельных частей крыла у насекомых. Хирургическими ножницами он отрезал части крыльев, а затем предоставлял оперированным насекомым свободу и следил, что изменилось в полете. У стрекоз на всех четырех крыльях Ю. Залесский аккуратно удалял птеростигму (так называется хитинистое утолщение переднего края крыла). Выяснилось, что после удаления птеростигмы стрекоза менее равномерно взмахивала крыльями. Полет становился порхающим, колеблющимся. Иными словами, если удалить птеростигму, стрекозе угрожает... флаттер! Решения — и у природы, и в технике — были одинаковые: утолщение передней кромки конца крыльев. Но приоритет, безусловно, за природой. И если бы изобретатели использовать «патент» природы, с флаттером удалось бы справиться много быстрее.-


ПО «ПАТЕНТУ* ПРИРОДЫ Корабль-рыба

«Корпуса кораблей можно будет также покрывать искусственным веществом, которое будет уменьшать трение корпуса о воду (у рыб  таким веществом является слизистая белковая оболочка, покрывающая их тело). Тогда корабли начнут бороздить моря с меньшими затратами энергии.


Дальнейшее развитие техники немыслимо без широкого и планомерного использования «патентов» природы. Эта мысль постепенно осознается изобретателями. В мае I960 года журнал «Знание — сила» опубликовал статью «Летать как птицы, плавать как рыбы!» Автор статьи авиационный инженер Г. Балыков систематически изучает аэро- и гидродинамические особенности птиц, насекомых, рыб. «Многие достижения природных пловцов и летунов,— пишет Г. Балыков, — все еще остаются для человека далекой мечтой, несмотря на существование кораблей и самолетов. В самом деле, посмотрите, как уверенно садится на тоненькую ветку, а потом стремительно взлетает с нее обыкновенная синица. Никакой вертолет пока не способен на подобные эволюции — если даже соорудить стальную «ветку», которая его выдержит.

А подводные лодки — эти «искусственные рыбы»,— разве умеют они мчаться со скоростью 100 километров в час, разве могут с места брать старт в любом направлении и за какую-нибудь секунду набирать полный ход! Живые рыбы многих пород великолепно умеют всГе делать.

Значит, есть смысл как следует присмотреться к «конструкции» летающих и плавающих живых существ с целью перенять у них удачные «инженерные решения» и, возможно, научиться летать и плавать гораздо лучше, чем мы умеем сегодня...»

К сожалению, изобретателю не так легко использовать «патентную библиотеку» природы. Технические знания пока мало связаны со знаниями биологическими. Чтобы не изобретать «шагающих» паровозов, изобретатель должен соблюдать определенные правила предосторожности. Вот они, эти правила:

1. Идею, заимствованную у природы, следует использовать в технике только там, где создаются аналогичные условия.

2. Патенты природы — результат длительной эволюции органического мира. Эта эволюция продолжается, и потому подсказанные природой решения — еще не идеал. Используя «патент» природы, изобретатель должен развить найденный принцип, мысленно

продолжить эволюцию и довести ее до логического завершения.

3. У современной техники более широкий выбор материалов, чем у природы: изобретатель может использовать не только органические, но и неорганические материалы. Иногда некоторая сложность «природных механизмов» вызвана невозможностью применить материал, вполне доступный для технику Это надо учитывать.

Изобретения, как известно, делятся на восемьдесят девять классов, охватывающих все области техники и производства. В «патентной библиотеке» природы есть , «изобретения», относящиеся ко всем восьмидесяти девяти классам. Природа может подсказать изобретателю решение в любой области: в электротехнике, в горном деле, в металлургии, в строительстве...

Мне хочется закончить эту главу описанием случая, свидетельствующего о том, что при всех обстоятельствах целесообразно использовать «патенты» природы.

НОВЕЛЛА О СКЕПТИКЕ И БАШНЕ БЕЗ БАШНИ

Это произошло на первом семинаре по методике изобретательства. Как-то в перерыве между занятиями ко мне подошел один из участников семинара, инженер-строитель.

— Вот вы говорив о природных прообразах, — сказал он,— Теоретически это, конечно, так, но практически — неприменимо.

— Почему? — поинтересовался я.

Инженер ответил:

— Видите ли, я проектирую водонапорные башни. А человек, который проектирует высотные сооружения, всегда скептик, притом пропорционально квадрату высоты проектируемого им сооружения. И это совсем неплохо: в нашем деле лучше проявить излишнюю осторожность, чем излишнюю смелость. Так вот, взгля ните...

Он достал пачку «Казбека» и на обратной стороне коробки быстро набросал схему (рис. 13).

— Восемьдесят процентов затрат при строительстве водонапорной установки связано с этой башней, — продолжал он. — Громадина в двадцать-тридцать метров... Мы применяем сборный железобетон — и все-таки дорого. Есть ли у природы подходящий «патент?»

Я ответил, что у природы есть масса подходящих патентов. Надо уметь их только найти.

Как научиться изобретать

Рис. 13.

— Найти?—переспросил скептик. — Гм... как же искать, когда башня — это как раз по «патенту» природы. Бак, расположенный на башне, все равно, что озеро в горах. Вода в таком озере не просто аш-два-о, она еще и аккумулятор давления. Так и у нас.

Вода в баке обладает запасом потенциальной энергии. Вместо горы — башня, вот и вся разница.

Я сказал, что природа «строит» горы отнюдь не для того, чтобы поддерживать горные озера. Если бы понадобилось запасать воду, обладающую потенциальной энергией, природа, вероятно, нашла бы более экономное решение.

— Какое? — быстро спросил скептик.

— Не знаю. Давайте искать, используя методику. Где в приро

де запасается вода, обладающая потенциальной энергией? Прежде всего над землей. Это веши горные озера («И еще тучи, — ехидно вставил скептик. — Дождик...»). Затем — на земле: реки, моря...

Нет, не годится. Наконец, под землей. Под землей... Вода там запасается под давлением. Что ж, вот вам «патент» природы: воду

надо запасать отдельно, давление надо аккумулировать независимо от воды. И тогда вода может находиться где угодно — на ' земле, под землей...

— Бак оставить на земле, а к башне подвесить гирю?..

— Природа не вешает гирь, — возразил я. — Она использует давление сжатого воздуха,

— Старо! — махнул рукой скептик. — Такие вещи предлагались Два резервуара: вода, подаваемая насосом, вытесняет воздух ь другой, несколько сжимает его и... И потом приходится дополнительно увеличивать давление компрессором. Слишком громоздко. Природа...

— Природа поступает иначе! Она держит под землей немного

воздуха, но зато под сравнительно большим давлением, бот представьте себе...

И на папиросной коробке, рядом с рисунком водонапорной башни, возникла схема безбашенной водонапорной установки

Как научиться изобретать


Как научиться изобретать


Все, что слева от пунктирной линии — водоем и насос, — остается, как в существующих установках. Башня не нужна. Бак делаем герметичным. Ставим несколько баллонов со сжатым воздухом. При обычном режиме работы вода поддерживается в баке на одном уровне и воз-дух не расходуется. Если насос остановился (или расход воды резко возрос), уровень воды понижается, сжатый воздух поступает в бак. Время от времени баллоны заменяются в централизованном порядке новыми. Как газ в квартирах с газобалонным отоплением.

...Через две недели мне снова довелось встретиться с этим инженером. Ему был передан на отзыв проект первой безбашенной водонапорной установки. Инженер скрупулезно проверил расчеты и написал заключение в двух словах: «Полностью одобряю».



2, Разделение системы, | Как научиться изобретать | ЗА ДЕРЕВЬЯМИ ВИДЕТЬ ЛЕС