Генрих Альтшуллер - Алгоритм изобретения
Неведомые древнегреческие бионики, создавая таран с бараньим лбом, вероятно, рассуждали так: «Нужно, чтобы бревно не расщеплялось и не сплющивалось при ударе. Где нам приходилось видеть что-нибудь подобное? На пастбищах! Бараны сталкиваются лбами — и ничего! Отличный прототип, лучше не придумаешь...»
По этому методу до сих пор осуществляется выбор живых прототипов: стараются отыскать возможно более совершенный «оригинал». Допустим, биолог укажет инженеру достаточно совершенный живой прототип. Хорошо? Нет. Ибо такие прототипы, как правило, сложны. Детально разобраться в их устройстве очень трудно, а построить копию порой просто невозможно.
Именно так обстоит дело с попытками скопировать кожу дельфина. В этом патенте природы и сегодня многое остается загадочным. Постепенно выясняется, что дельфин обладает тонкой и сложной системой кожного демпфирования. Нервные окончания в каждой точке кожного покрова улавливают изменение давления и передают соответствующие сигналы в центральную нервную систему, которая регулирует демпфирующую работу кожи. Практически невозможно и невыгодно копировать столь сложный прототип.
Выбирая наиболее совершенные природные прототипы, мы пользуемся последними томами патентной библиотеки природы. Не приходится удивляться, что многое оказывается непонятно: ведь мы читаем с конца!
Между тем для решения подавляющего большинства задач совсем не обязательно использовать совершенные, но слишком сложные прообразы. Гораздо перспективнее брать в качестве прообразов сравнительно менее совершенные, но зато более простые «патенты» — древних животных, изучаемых палеонтологией.
Палеобионический метод прежде всего намного расширяет «патентный фонд» природы. Среди ныне существующих животных нет, например, таких больших, какими были бронтозавры и индрикотерии. Но главное преимущество палеобионики в том, что она предлагает изобретателю значительно более простые (и потому легче воспроизводимые) прототипы.
Можно привести такой пример. Изобретатель А. М. Игнатьев, отдыхая на даче, однажды забавлялся с котенком. Котенок царапнул Игнатьева. Изобретатель задумался: а почему, собственно, когти кошки, клюв дятла, зубы белки и зайца постоянно остры? Игнатьев пришел к выводу, что самозатачивание происходит благодаря многослойной конструкции зубов. Твердые стержневые слои окружены более мягкими слоями. Во время работы твердые слои испытывают большую нагрузку, мягкие слои — меньшую, и первоначальный угол заострения не меняется. Этот принцип Игнатьев воплотил в самозатачивающихся резцах.
Изобретатель (и это очень типично!) искал наиболее совершенные прототипы. Поэтому использованный нм «патент» природы оказался сложным и самозатачивающиеся режущие инструменты нашли ограниченное применение.
Прообразы, использованные Игнатьевым, совершенно никудышные грызуны по сравнению с некоторыми динозаврами. Крупные динозавры весили десятки тонн и жили до 150—200 лет; нетрудно представить, какое количество пищи перемалывали они в течение жизни...
Особенно интересны зубы зауролофов — своего рода «копытных» динозавров. У зауролофа каждый зубной ряд состоял из трех зубов, сидевших друг над другом. Тройных буровых коронок пока нет, но уже проводятся испытания двойных коронок (их называют коронками с опережающим лезвием). Скорость бурения с помощью таких коронок повышается в полтора-два раза.
Другая особенность принадлежащего зауролофам «патента» в том, что режущие органы непрерывно растут, сменяя друг друга. Принцип этот чрезвычайно интересен. До сих пор усилия изобретателей, совершенствующих буровой инструмент, шли по привычному технике пути: «Зубья долота иступились, давайте поскорее вытащим долото и сменим его». Существуют сотни изобретений на тему «поскорее вытащить долото». С точки зрения бионики надо идти другим путем: делать зубья более износоустойчивыми, самозатачивающимися. Зауролоф подсказывает еще более интересное решение. Пусть зубья будут расположены в несколько рядов. Каждый ряд опирается на мягкую основу. Когда зубья первого ряда износятся, вращение долота за несколько оборотов разрушит мягкую основу. Долото осядет, в соприкосновение с грунтом вступит второй ряд зубьев («вырастут новые зубы»).
Недавно советским изобретателям Ю. Буштедту, А. Атякину, Л. Лачияну, Н. Литвинову выдано авторское свидетельство № 161008 на двухъярусную буровую коронку. Формула этого изобретения очень точно повторяет древний «патент» ящеров: «Двухъярусная буровая коронка, состоящая из корпуса и двух ярусов резцов, отличающаяся тем, что, с целью предохранения резцов верхнего яруса от разрушения при вводе их в работу, под временную опору резцов нижнего яруса подослана амортизирующая подушка из мягкого материала».
Современные животные по размерам значительно уступают динозаврам. Они не так прожорливы и обходятся одним комплектом зубов (иногда растущих в течение всей жизни). И только исполины-слоны имеют сменные зубы «запатентованные» когда-то зауролофами...
Мечехвоста сейчас можно встретить лишь на восточном побережье Северной Америки и Азии. Это животное было современником не только динозавров, но и ближайших своих «родственников» — трилобитов, вымерших еще в палеозойскую эру. Несмотря на постоянно менявшиеся условия жизни, мечехвост за 200 миллионов лет почти не претерпел изменений и дожил до наших дней.
Особый интерес представляют глаза мечехвоста. У него два больших сложных глаза, расположенных по бокам панциря, и два маленьких глаза спереди. Каждый глаз состоит как бы из множества отдельных линз. Глаза мечехвоста очень чувствительны, и это обстоятельство долгое время было загадкой для ученых, поскольку животное ведет ночной образ жизни и большую часть времени проводит зарывшись в песок.
Длительное изучение глаза мечехвоста привело американского ученого Хартлайна к интересному открытию. Оказалось, что клетки зрительных нервов животного соединены перекрестно. Когда одна клетка стимулируется, другая тормозится. Таким образом, на сетчатке глаза получается четкое, контрастное изображение. Это открытие привело к созданию телевизионной системы с чрезвычайно контрастным изображением, что имеет огромное значение, например, при передаче фотографий с других планет на Землю.
Дальнейшее изучение дало возможность установить, что глаз животного улавливает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, невидимые для человека. Кроме того, американский ученый Уотерман обнаружил, что мечехвост воспринимает поляризованный свет, благодаря чему животное может ориентироваться, когда не видно солнца и звезд. Поиски продолжаются, и не исключено, что глаз мечехвоста послужит прототипом для нескольких сложных электронных приборов.
Древние животные, как правило, уступают современным в развитии головного мозга и нервной системы. В остальном они достаточно совершенны и могут служить прообразами для техники, Более того, в ряде случаев вымершие животные «по всем показателям» превосходят своих выродившихся потомков. Исчезли такие животные не потому, что были хуже устроены, — они вымерли из-за изменений климата и рельефа, а в некоторых случаях были истреблены человеком.
Надо сказать, что сами понятия «совершенный» и «несовершенный» весьма условны. То, что несовершенно с точки зрения природы, зачастую оказывается совершенным с точки зрения техники. Крылья летающих ящеров-птерозавров были несовершенны по сравнению с крылом птицы, ибо малейшее повреждение кожной перепонки препятствовало полету. Но у современной техники иной ассортимент материалов. С этими материалами целесообразнее копировать не птичьи крылья, работа которых в деталях до сих пор не поддается разгадке, а гладкие крылья таких отличных летунов, как вымерший рамфоринх или живущая и ныне, обладающая древней родословной стрекоза.
Многие из вымерших животных хорошо изучены. Зубы динозавров, например, есть почти в каждом естественноисторическом музее. Изобретатели, решающие задачи, связанные с переработкой вещества (дробление, резание и т. п.), могли бы обнаружить много интересных идей, «запатентованных» природой десятки миллионов лет назад.
Вот авторское свидетельство № 189353: «Ковш экскаватора..., отличающийся тем, что с целью улучшения внедрения ковша в грунт в средней части полукруглой режущей кромки смонтированы прилегающие друг к другу зубья, центральная пара которых выдвинута по отношению к остальным». Нетрудно заметить тут знакомую нам идею опережающего лезвия в сочетании со старым-престарым природным «патентом» на выдвинутую пару зубов (резцы, клыки, бивни).
Палеобионический метод отнюдь не возбраняет использовать в качестве прототипов и современных животных. Надо лишь выбирать наиболее древние прототипы.
