Кавитационное разрушение бетона плотин — явление, еще недостаточно исследованное. Многочисленные способы защиты, предлагавшиеся различными изобретателями, оказывались либо слишком дорогими, либо слишком ненадежными. Удачное решение задачи нашел Виталий Ильич Сахаров. Вот, как об этом рассказано в очерке, посвященном его изобретению:
«Однажды на берегу Черного моря Виталий Ильич заметил, что камни и валуны, покрытые водорослями или мхами, от ударов волн практически не разрушаются. Голые камни, лежащие совсем рядом, были испещрены бороздами и ямками. Нежный мох уберегал камень от разрушения. Отсюда был один шаг до технического воплощения идеи, уже осуществленной в природе»[47].
Авторское свидетельство № 279443, полученное В. И. Сахаровым, действительно точно воспроизводит древний «патент» природы: «Кавитационностойкое покрытие поверхностей, например, бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений, включающее защитный слой, отличающееся тем, что, с целью предотвращения непосредственного контакта кавитационных ударов с телом сооружения и образования прослойки неподвижной воды, защитный слой выполнен со свободно выступающими одним концом отдельными упругими стержнями, волокнами или пластинками».
От подсказки природы до технического осуществления идеи один шаг... Почему же этот шаг был сделан с таким опозданием? Неужели нужно было вплотную столкнуться с готовым решением, чтобы увидеть его? Бетон — искусственный камень. Значит, достаточно задать вопрос: «Как защищаются от кавитации естественные камни?» — чтобы прийти к правильному ответу. Старые камни, заросшие мхом, потому и «доживают» до старости, что мох защищает их от разрушения. К этому выводу можно было прийти и вдали от Черного моря…
Рис. 32. Эволюция конструкций в природе и в технике: а — так развивалось надкрылье жука; б — так совершенствовалась конструкция перекрытий зданий.
Восьмой шаг оперативной стадии АРИЗ рекомендует изобретателю не только отыскать древний прототип, но и определить направление развития природных конструкций. Нужно определить, зачем и как перестраивала природа тот или иной прототип. Палеонтолог А. Г. Пономаренко привел в письме ко мне интересный пример такого анализа (рис. 32, а).
«При создании надкрылья жука, — пишет А. Г. Пономаренко, — перед природой стояла задача разработать легкое, прочное и негибкое покрытие. Вот этапы этой разработки: 1) тонкая пластинка, армированная неправильно расположенными продольными трубками; 2) трубки вытягиваются вдоль надкрылья; 3) число трубок уменьшается, а сами они превращаются в ребра жесткости; 4) ребра жесткости делаются шире в верхней части; 5) верхние части ребер сливаются, получается рамная конструкция с вертикальными полыми колонками. Конструкция легкая и весьма прочная».
На рис. 32, б показано развитие перекрытий здания. Нетрудно заметить, как много общего в развитии двух конструкций — природной и инженерной. Совпадение, конечно, не случайное: цели одинаковые (легкость, прочность), поэтому и решения сходны.
В АРИЗ-71 бионическому методу отведена относительно скромная роль. Но бионика быстро развивается. Увеличивается количество опубликованных работ, постепенно расшифровываются «патенты» природы, нащупываются общие принципы, лежащие в основе решения природой ее изобретательских задач.
В ближайшие годы появится возможность значительно усовершенствовать и развить эту часть алгоритма. Тогда алгоритм пополнится весьма эффективной таблицей, показывающей, как то или иное противоречие устраняется по «патентам» природы.
Ломая старую форму
Изобретение не самоцель, оно нужно для решения той или иной практической задачи. Из двух изобретений, дающих одинаковый технический результат, вообще говоря, предпочтительнее то, которое развивает уже известную модель, опирается на уже отработанную технологию. Такое изобретение легче внедрить, оно дает больший экономический эффект.
Как же в таком случае происходит нередкий в наше время переход к «совсем новым», оригинальным машинам?
Иногда такие машины создаются на основе новых научных открытий, но значительно чаще они возникают из старых, подобно тому, как бабочка возникает из совсем непохожей на нее куколки.
Обозначим исходную модель машины символом A1. Она состоит из отдельных частей, например двигателя, трансмиссии, органов управления, рабочих органов. Каждая часть имеет несколько узлов (так, трансмиссия автомашины, например, включает сцепление, коробку передач, карданный вал и т. д.), каждый узел состоит из деталей.
Изобретение может относиться к деталям, узлам или частям машины. Полученный при этом эффект отнюдь не определяется тем, на каком уровне сделано изобретение. В результате частичных изобретений машина постепенно совершенствуется, что символически можно изобразить таким рядом: А1, А2, А3, A4... Аn. Наконец появляется изобретение Аn+1, которое хотя и относится (как все предыдущие) к одной детали (узлу, части) машины, но вызывает необходимость (или открывает возможность) существенно изменить все другие части. Аn+1 оказывается равным и открывает новый ряд: Б1, Б2, Б3... Бn.
Обычно новая техническая идея относится к какой-то одной части исходного объекта. Но это частичное изменение нередко создает возможность (а порой и вызывает необходимость) соответственно изменить другие части объекта, работающие совместно с измененной частью. Более того, появляется возможность изменить и методы использования всего объекта. Происходит своего рода цепная реакция: первоначальное частичное изменение влечет за собой цепочку других изменений. В результате слабая вначале идея крепнет, становится более сильной.
Изобретатель приступает к этой (синтетической) стадии творческой работы после того, как найдена техническая идея, решающая поставленную задачу. В большинстве случаев идея сначала бывает «частичной» — модель А4 переходит в А5. Однако переход к А5 создает возможность сделать еще один или несколько очевидных шагов: изменить одну часть (например, сделать легче, компактнее) или по-новому расположить. Приложив усилия, чтобы прийти от А4 к А5, изобретатель как бы получает право на относительно легкий переход от А5 к А6 или А7. В некоторых случаях можно даже сразу перейти от А5 к Б1.
К сожалению, найденная идея чаще всего используется далеко не в той мере, в какой это возможно и следовало бы сделать. Изобретатель совершает лишь переход от Аn к Аn+1 и на этом останавливается. Между тем новая модель машины Аn+1 уже созрела для существенных изменений: кокон может превратиться в бабочку, но остается коконом из-за инерции изобретательского мышления.
На рис. 33 изображен первый мотороллер, созданный в 1920 году. Нетрудно заметить, что это обычный детский самокат, на котором установлен двигатель. Самокаты тоже появились не сразу. Применяя нашу символику, это ряд моделей А1, А2, А3... Аn. Когда на самокат поставили двигатель, модель Аn превратилась в Аn+1. Однако, самокат остался самокатом: другие его части (и, следовательно, машина в целом) не претерпели изменений.
Конечно, самокат с двигателем лучше обыкновенного. Но возможности частичной идеи были использованы очень слабо. Обратите внимание, например, на высоко расположенное седло. Раньше такое расположение седла вызывалось необходимостью: человек, выполнявший обязанности двигателя, должен был стоять — это его рабочая поза. Затем совершился переход от Аn к Аn+1: на самокат поставили двигатель внутреннего сгорания. Для чего теперь нужно высокое седло? Ведь водителю нет необходимости стоять, он может сидеть. А опустить седло — значит уменьшить высоту центра тяжести, сделать машину более устойчивой и лучше управляемой. Это, в свою очередь, даст возможность использовать более мощный двигатель, для которого, собственно, уже освободилось место под сиденьем водителя (ноги «ушли» вперед, под сиденьем образовалось свободное пространство). Стоящего во весь рост человека не прикроешь обтекателем — получится нечто слишком громоздкое.
