Официальный фонд Г.С. Альтшуллера

English Deutsch Français Español
Главная страница
Карта сайта
Новости ТРИЗ
E-Книга
Термины
Работы
- ТРИЗ
- РТВ
- Регистр идей фантастики
- Школьникам, учителям, родителям
- ТРТЛ
- О качестве и технике работы
- Критика
Форум
Библиография
- Альтшуллер
- Журавлева
Биография
- Хронология событий
- Интервью
- Переписка
- А/б рассказы
- Аудио
- Видео
- Фото
Правообладатели
Опросы
Поставьте ссылку
World

распечатать









   
© Альтшуллер Г.С. Как научиться изобретать. – Тамбов: Книжное издательство, 1961. – С. 71 - 81.
 
ПО «ПАТЕНТАМ» 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 подниматься 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 в 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.
 
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 XVIII—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. Однажды, 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, Брауну 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 тюленя. И гидрофоны стали «слышать» даже на полном ходу корабля.
 
В этом изобретении очень отчетливо проявилась характерная особенность использования природных прообразов. Вуд не знал, 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.
 

 
Рис. 12.
 
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., 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 летчик-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 видеть 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 использовали «патент» природы, с флаттером удалось бы справиться много быстрее.
 
Дальнейшее развитие техники немыслимо без широкого и планомерного использования «патентов» природы. Эта мысль по­степенно осознается изобретателями. В мае 1960 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 все 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, 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 техники. 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 говорили 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, взгляните...
 

 
рис. 13
 
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.
 
— 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 приро­де запасается вода, обладающая потенциальной энергией? Прежде всего над землей. Это ваши 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 в 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. Вот представьте себе…
 
 
И на папиросной коробке, рядом с рисунком водонапорной башни, возникла схема безбашенной водонапорной установки (рис. 14). 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 воздух 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.
 

 
Рис. 14
 
...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».
 
 
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 подвижные лопасти в виде крылышек производящих восьмеркообразные движения, то ветряк станет работать 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 в нем груза».
 
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». Изобретатель А. Пресняков.
 
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 у нее роговицу и хрусталик пополам. Верхняя часть глаза, служащая для зрения в воздухе, имеет линзообразный хрусталик и даль­нозорка, а нижняя часть глаза близорука. Сетчатка у каждого глаза одна для обеих частей оптического аппа­рата. Глаза «четырехглазой» рыбы похожи на очки дальнозоркого человека, каждое стекло 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 у нее работают, как перископ: скрываясь под водой или в грязи, она выставляет их из воды и выслеживает добычу.