Крылья для Икара. Как решать изобретательские задачи

Казалось бы, все просто, феполи — магнитные системы, а с магнитами связано много физических явлений. Почему бы не применить эти явления для создания новых или усовершенствования уже известных фепольных систем? Простейшее явление, известное еще по школьному курсу физики, — исчезновение магнитных свойств при повышении температуры до точки Кюри (разной для разных материалов). Переход через точку Кюри позволяет автоматически отключать и включать фепольную (вообще любую магнитную) систему. Перед точкой Кюри магнитная восприимчивость материалов увеличивается — это так называемый эффект Гопкинса. Во многих магнитных системах выгодно так подобрать температуру и точку Кюри, чтобы работать в зоне, где действует эффект Гопкинса. Переход через точку Кюри идет скачками, на графике получаются «ступеньки» — это эффект Барк-хаузена. Каждый образец имеет свое число «ступенек»: можно вести точнейшие измерения, отсчитывая число «ступенек». Пока это используется в очень редких случаях.

Получается, что к таблицам фепольных систем можно пристроить третью ось — физические эффекты: если использовать эти эффекты, многие системы, размещенные в клетках, приобретут новые свойства. Вот, скажем, система, описанная в авторском свидетельстве № 578 984: «Способ очистки жидкости, преимущественно масла и топлива в двигателях внутреннего сгорания, путем пропускания через пористый фильтрующий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки, г» качестве фильтрующего элемента используют магнитный металлокерамический материал». Прекрасно, пористому веществу придали магнитные свойства для улавливания магнитных частиц. А как быть, когда поры фильтра забьются этими частицами? Магнитные силы будут прочно держать свою «добычу», попробуй — отмой металлические частицы... Решение задачи: если нагреть фильтр выше точки Кюри, магнитные силы исчезнут, потоком жидкости или газа можно удалить металлические частицы. Охлажденный фильтр восстановит свои магнитные свойства и снова будет готов к работе.

Много интересных физических эффектов связано с люминофорами. Если применить эти эффекты, почти каждая система, в которой используется люминесценция, может быть преобразована и усовершенствована. Например, известно явление гашения люминесценции: металлические частицы, попадая в люминофор, резко снижают свечение. В авторском свидетельстве № 260 249 это свойство использовано для наблюдения за накоплением металлических частиц в масле двигателей внутреннего сгорания. Гашение люминофоров — эффект, который «проходят» в вузовской физике. И все-таки в изобретениях он используется очень редко. А физические эффекты, выходящие за рамки учебных программ, вообще применяются в редчайших случаях. Вот хотя бы органический люминофор с длинным названием 4-хлор-2-сульфобензальацетофенол. В сухом виде это вещество имеет желтый цвет и ярко светится в ультрафиолетовых лучах. Но достаточно присутствия самых малых количеств влаги — и люминофор становится бесцветным, свечение прекращается. Многие ли изобретатели знают об этом явлении?

Впрочем, зачем говорить об этой физической «экзотике», если не используется обычная школьная физика? Взять такое явление, как коронный разряд. При атмосферном давлении и сильно неоднородных электрических полях наблюдается разряд, светящаяся область которого напоминает корону. Поэтому его и назвали коронным. Плотность заряда на поверхности проводника тем больше, чем больше его кривизна. На острие плотность заряда максимальная. Поэтому возле острия возникает сильное электрическое поле. Когда его напряженность превысит 3-106 В/м, наступает разряд. При такой большой напряженности поля ионизация посредством электронного удара происходит при атмосферном давлении. По мере удаления от поверхности проводника напряженность быстро убывает. Здесь перед нами связка ключей, открывающих замки ко многим изобретательским задачам. Давайте рассуждать: раз образование короны зависит от кривизны проводника, можно использовать коронный разряд для определения радиуса кривизны. Вот, например, авторское свидетельство № 582 914, словно специально «списанное» из учебника физики: «Способ оценки остроты режущих инструментов путем измерения радиуса округления режущей кромки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, устанавливают режущую кромку с зазором против электрода, создают между ними электрическое поле, измеряют величину напряжения в момент зажигания коронного разряда, по которой судят о радиусе округления».

Продолжим рассуждение. Если радиус проволоки и напряжение известны, возникновение короны зависит от состояния окружающей газовой среды — ее давления и состава. Но ведь это — готовый ответ на задачу 5 об измерении давления газа в электрической лампе] Такое изобретение (авт. св. № 486 402) появилось только в 1975' году: «Способ определения давления наполняющего газа в лампах накаливания, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности осуществления его без. разбива лампы, к ее баллону прикладывают дополнительный электрод и между этим электродом и телом накала, подключенным к источнику высокого напряжения постоянного тока, возбуждают коронный разряд, по которому судят о давлении наполняющего газа в контролируемой лампе». Фраза, как это часто бывает в формулах изобретения, громоздкая, но отражающая способ удивительно простой и эффективный.

Пойдем дальше. С острия стекают заряды8^{. Словно капли краски капают в бегущий ручей... Как это использовать? Ну хотя бы для измерения скорости потока газа: чем больше скорость, тем больше расстояние между «каплями» (авт. св. № 459 733).}

С острия стекают заряды... Они попадают в газ, окружающий острие, и ломают, ионизируют его молекулы. Значит, коронный разряд можно использовать как источник ионов, а ионизированный газ (это тоже в пределах «школьной» физики) — отличный антисептик. Стоит ли удивляться появлению авторского свидетельства № 459 210 на использование коронного разряда для обработки пищевых продуктов? Удивительно здесь только одно: это изобретение, как и многие другие, связанные с коронным разрядом, появилось всего несколько лет назад, хотя необходимость и возможность создания такого изобретения возникли по меньшей мере полвека назад...

Если в газовой среде, в которую стекают заряды, есть частицы порошка, пыли и т. д., то заряды «прилипнут» к ним — это тоже очевидно. Мы получили простой и эффективный прием: с помощью коронного разряда можно заряжать частицы твердого и жидкого вещества в газе, а заряженными частицами легко управлять. Например, удалять их (способ очистки газов от аэрозолей — авт. св. № 539 607). Или разделять (авт. св. № 504 559). Перемещать (авт. св. № 511653). Дозировать (авт. св. №582 459). Менять теплопроводность (патент США № 3 763 928)...

Все эти (и многие другие) изобретения буквально следуют из элементарных свойств коронного разряда, описанных в школьном учебнике физики. А еслй «ввести в игру» свойства менее известные? Далее: коронный разряд — только один из видов электрического разряда в газах; можно использовать всю палитру разрядов. Наконец, электрические разряды в газах — это всего лишь один из очень многих участков огромного фронта физических эффектов и явлений. Так почему не использовать колоссальную мощь физики для разумного решения задач — без слепого перебора вариантов?

Значение физики для решения изобретательских задач стало очевидным давно. Однако эффективно использовать физику не удавалось по многим причинам:

во-первых, задачу нужно сначала «препарировать», выявить содержащееся в ней физическое противоречие. До разработки АРИЗ программы для такого анализа не было;

во-вторых, физические эффекты часто используются в сочетание с обычными (техническими) приемами. Техническую систему надо сначала как-то преобразовать, а уж потом использовать физический эффект. Только с появлением вепольного анализа стали понятны правила таких преобразований;

в-третьих, изобретателю нужна не просто физика, а такая физика, в которой для каждого эффекта изложены его изобретательские возможности.

Иными словами, физику мы плохо применяем потому, что эффективное использование физических эффектов плохо «стыкует-с я» с методом проб и ошибок. А вот АРИЗ без применения физических эффектов просто не может существовать и развиваться. В 1969 г. Общественная лаборатория методики изобретательства при Центральном совете ВОИР начала работу над составлением «Указателя применения физических эффектов и явлений при решении изобретательских задач». Первые сообщения о зарубежных работах по созданию аналогичных справочников появились лишь в 1976 г.

Казалось бы, составить «Указатель» нетрудно: ведь в него должны войти уже известные и описанные в литературе эффекты и явления. Однако на самом деле составление «Указателя» и постоянное его уточнение и пополнение — работа поистине титаническая. Физические явления приходится «отлавливать» не только в физической литературе, но и в безграничном море авторских свидетельств и патентов: там встречаются интереснейшие сочетания физических явлений. Взять хотя бы авторское свидетельство № 265 318. Если пропустить электрический ток через остывающий и кристаллизующийся расплав металла, обнаруживаются колебания электрического сопротивления: сила тока то увеличивается, то уменьшается. Даже в самых полных курсах физики вы не найдете объяснений — почему возникают колебания. Оказывается, здесь проявляется сочетание нескольких эффектов. Слой жидкого металла, прилегающий к стенкам, остается жидким ниже температуры затвердевания: металл словно сопротивляется, не хочет затвердевать. Это явление называется переохлаждением. Температура переохлаждения постепенно увеличивается, и слой металла вдруг — словно рывком — становится твердым. Но при этом выделяется тепло. И часть затвердевшего металла снова расплавляется, переходит в жидкое состояние. Так и идет этот процесс: твердый слой нарастает по принципу «щаг вперед, полшага назад». А электрическое сопротивление у твердого металла иное, чем у жидкого. Отсюда и колебания силы электрического тока, проходящего через застывающий расплав. По частоте этих колебаний можно очень точно судить о ходе кристаллизации металла и поддерживать наилучший режим охлаждения. В технике часто приходится встречаться с застыванием металла, поэтому сочетание явлений, использованное в изобретении по авторскому свидетельству № 265 318, может быть применено и во многих других случаях, например при контроле сварочных процессов.

Внешне «Указатель» похож на каталог: кратко описывается физический эффект, приводятся характерные примеры его изобретательского применения, в частности — сочетания этого эффекта с другими эффектами, указывается литература. Пока «Указатель» применяется для экспериментов на занятиях при изучении теории решения изобретательских задач. Практика показала огромную ценность «Указателя»; нет сомнений, что он сможет стать настольной книгой каждого изобретателя.

МОСТЫ НАД ПСИХОЛОГИЧЕСКИМИ ТРЕЩИНАМИ

В конце 40-х годов было открыто интересное физическое явление, получившее название эффекта Томса: если в текущую по трубе воду добавить небольшое количество некоторых полимеров, трение воды о стенки трубы резко снижается. Длинные молекулы полимеров, располагаясь вдоль потока, предотвращают образование вихрей. На эффекте Томса основаны сотни изобретений, запатентованных во многих странах: вводят полимеры в жидкость при перекачке по трубопроводам; добавляют полимеры в морскую воду, обтекающую корпус корабля, и т. д. На одном семинаре слушатели получили такое домашнее задание: «Предложите новое применение эффекта Томса — с добавкой полимеров не в жидкость, а в твердое вещество». Группа только начала заниматься, аризный подход еще не был освоен... и никто не решил задачу. «Тут какая-то ошибка, — сказали слушатели, — эффект Томса проявляется в жидкостях. А по условиям задачи надо добавлять полимер в твердое вещество». Выслушав эти соображения, преподаватель, познакомил группу с авторским свидетельством № 444 039, по которому полимерные добавки вводят... в лед на катках. В этом остроумном изобретении использовано сочетание двух физических явлений: лед плавится под острием конька и на короткое время превращается в воду; полимерные добавки, попав в воду, снижают ее трение. Оба эффекта были известны слушателям, оставалось только их соединить — но этого как раз и не произошло...

Теперь, когда мы познакомились с изобретением по авторскому свидетельству № 444 039, домашнее задание может показаться чересчур легким. Но вот задача 47, она облегчена до предела: оба эффекта названы, остается их соединить. Поразмышляйте над этой задачей...

Задача 47. Известны два физических эффекта: 1) некоторые вещества обладают способностью поворачивать плоскость поляризации проходящего сквозь них поляризованного света; 2) все вещества расширяются при нагревании. Предложите прибор, основанный на совместном применении этих двух эффектов.

На пути к новому часто возникают психологические барьеры. Человек останавливается перед словом «невозможно» и даже не задумывается — в самом ли деле невозможно. Или же, размышляя, например, об автомобиле, представляет себе некую твердую конструкцию, даже не задумываясь о том, могут ли быть автомобили жидкие или газообразные... Но помимо такого рода психологических барьеров, существуют значительно более коварные психологические трещины: человек знает два факта, но не может соединить их, они словно разделены непроходимой пропастью.

Знаменитый древнегреческий ученый Геродот, «отец истории», привел в своих сочинениях запись о том, что львица способна за свою жизнь родить только одного львенка, так как при рождении львенок раздирает когтями ее чрево. Геродот, разумеется, достаточно знал математику, чтобы сообразить: если каждая пара львов производит на свет только одного львенка, то львы должны были давным-давно вымереть. Психологическая трещина разделяла два простых факта, и Геродот не смог их соединить и сделать очевидный вывод... Советский биолог А. А. Малиновский отмечает, что неумение соединять разнородные факты свойственно даже самым талантливым людям, и приводит в качестве примера историю с «кошмаром Дженкинса». По теории Дарвина, возникшее в организме изменение закрепляется в наследстве, если оно полезно, и посредством отбора распространяется на весь вид. Дженкинс возражал Дарвину, приводя такое рассуждение:

Представим себе, что среди миллионов белых цветов одного вида возникло единичное наследственное изменение, например красный цветок, имеющий какое-то преимущество. Допустим, что красная окраска лучше привлекает насекомых, оплодотворяющих эти цветы. Может ли эта красная окраска подвергнуться отбору и распространиться на весь вид? Ведь в первом же поколении красный цветок должен скреститься с теми белыми, которые его окружают, и потомки окажутся розовыми. Пусть их будет несколько больше, чем было бы потомков у чисто белых цветов, но все же их будет неизмеримо меньше, чем остается белых. Поэтому в следующем поколении они опять скрестятся, как правило, не между собой, а с основной массой белых растений. Потомки уже будут светло-розовыми, и поскольку белых цветов все же имеются миллионы, этот процесс будет повторяться ряд поколений, пока красная окраска практически не исчезнет и не перестанет подвергаться естественному отбору, растворившись, как капля чернил в большом водоеме.

Дарвин называл это возражение «кошмаром Дженкинса» и, учитывая его, стал признавать некоторую роль в эволюции массовых приспособительных изменений, вызванных внешней средой, т. е. сделал известный шаг в сторону полупризнания ламаркизма.

При всем уважении к Дарвину, пишет А. А. Малиновский, следует сказать, что при достаточно логическом подходе к проблеме он ее мог бы решить и без открытия Менделя. В то время уже была сформулирована корпускулярная теория материи, подтвердившая, что вещество состоит из неделимых атомов, соединяющихся в молекулы. От чего бы ни зависел любой наследственный признак, его причиной неизбежно является какое-то материальное образование; это образование не может быть меньше определенного размера молекулы или в крайнем случае атома, который, передаваясь от поколения к поколению, уже далее не делится. Следовательно, простое сопоставление биологических фактов с представлениями о строении материи, достигнутыми к тому времени, дало бы в руки Дарвину решающий аргумент в пользу того, что признаки не могут обладать бесконечной делимостью — этого было бы вполне достаточно для возражения на аргументацию Дженкинса.

Вернемся теперь на позиции теории решения изобретательских задач и посмотрим, почему Дарвин не преодолел психологической трещины. Дело в том, что Дарвин рассматривал ситуацию, изложенную Дженкинсом, на макроуровне, а решение проблемы находилось на микроуровне. Нужно было перейти к рассмотрению микрочастиц — носителей наследственных признаков. Но осуществить такой переход Дарвин не смог.

Сразу подчеркнем: неумение перейти от «макро» к «микро» — только один из видов психологических препятствий. Существуют и другие. По мнению некоторых зарубежных исследователей, для борьбы с такого рода психологическими препятствиями достаточно помнить о них. Мы ставили много опытов с самыми различными испытуемыми: давалась задача, человека предупреждали, что при решении надо избегать психологической инерции, более того, на доске перед испытуемым крупными буквами было записано: «Помни о психологической инерции!». Практические результаты этих призывов во всех опытах были равны нулю...

Нужны не общие призывы помнить о психологических препятствиях, а конкретные операции: переход от «макро» к «микро», от системы к надсистеме, от одного агрегатного состояния к другому, формулировка ИКР... Почти все операции в АРИЗ, предписывая определенные технические изменения рассматриваемой системы, в то же время являются операциями по управлению психикой решающего задачу человека.

Нобелевский лауреат Уотсон вспоминает в книге «Двойная спираль», как была выработана одна из основных гипотез при расшифровке строения ДНК. Соавтор Уотсона Крик зашел как-то в пивной бар при университете. Краем уха Крик услышал, как за соседним столом какой-то астроном что-то говорил о «совершенном космологическом принципе». Крик тут же подумал о «совершенном биологическом принципе»: идеально, если бы ДНК сама себя воспроизводила. Возникла идея, ставшая руководящей в дальнейших исследованиях Крика и Уотсона. В этом эпизоде Уотсон видит психологические явления: помогло постоянное напряжение мысли. При работе по АРИЗ формулировка ИКР — обязательный этап исследования: «совершенный принцип» формулируется по правилам, независимо от случайностей.

«Чисто психологическая» операция в АРИЗ одна: оператор РВС (шаг 1.9). Над условиями задачи совершаются шесть мысленных экспериментов: система, данная в условиях задачи, мысленно уменьшается и увеличивается, идущие в системе процессы замедляются и ускоряются, допустимые расходы снижаются и повышаются. При выполнении этих операций меняется представление человека об исходной системе. Допустим, рассматриваемая система — нефтепровод. Достаточно произнести это слово — и возникает привычный зрительный образ: стальная труба, по которой течет нефть... А теперь начнем мысленный эксперимент: будем уменьшать диаметр трубы. Вот нефтепровод превратился в тонкую трубочку, потом стал еще тоньше — как волос, потом — тоньше волоса... Как может выглядеть самый тонкий нефтепровод? Минимально возможная толщина стенок — размеры атома. Поперечное сечение такой «трубки» — это молекула в виде кольца, причем внутри молекулы находится другая молекула, не связанная со «стенками» химической связью. Возможно ли это? Да, возможно: еще в прошлом веке были открыты химические соединения, получившие впоследствии название клатратов. У клатратов внутри кольцевой молекулы («хозяина») находится другая молекула («гость»), и молекулы эти, как жидкость в сосуде, не связаны химически. Клатраты образуют и протяженные структуры: кристаллы, пронизанные тончайшими капиллярами. Нефтепровод из кристаллов? Мыслимо ли это? Химики пока заняты изучением химических свойств клатратов. Специалисты по нефтепроводам просто не знают о клатратах... Когда-нибудь интересы химиков и «нефтепроводчиков» пересекутся, возникнет идея клатратных трубопроводов — и тогда обязательно вспомнят, что наиболее интересные открытия и изобретения делаются на стыке наук... А пока стык пустует. Более того, там зияет психологическая трещина: клатраты — сами по себе, нефтепроводы — сами по себе.

Чем привлекательна идея клатратного трубопровода? В отличие от мертвой стенки обычного трубопровода клатраты могут обрабатывать молекулы заключенных в них соединений: фильтровать, разделять. Представьте себе трубопровод, в который поступает сырая нефть, смешанная с пластовой водой, а выходят из него очищенные и разделенные продукты — бензин, керосин и т. д.

Преодолеем еще одну психологическую трещину: клатраты — кристаллы, а некоторые кристаллы обладают обратным пьезоэлектрическим эффектом: сжимаются и разжимаются, если приложить к их граням электрические заряды. Еще один «стык», сулящий появление интереснейших соединений — пьезоклатратов, могущих перекачивать жидкости (и не обязательно жидкости — любые молекулы) .

На мысленный эксперимент по первому шагу оператора РВС ушло минут пятнадцать. Если ничего не знать о клатратах, придется обратиться к литературе, тогда уйдет несколько часов, день, максимум несколько дней. Очень небольшая плата за совершенно новую, значительную и чрезвычайно увлекательную идею штатрат-ных трубопроводов. Закон перехода с макроуровня на микроуровень гарантирует, что рано или поздно трубопроводы, находящиеся пока на макроуровне, должны перейти на микроуровень. Идея клатратных трубопроводов вполне годится, чтобы начать работу в этом направлении.

’ Упражнение на применение оператора РВС к нефтепроводу впервые дал преподаватель О. Скроцкий, занимавшийся с группой учащихся ПТУ. Ни преподаватель, ни учащиеся не знали о клатратных соединениях. Но, проверяя записи домашнего задания, Скроцкий в трех работах (из одиннадцати) обнаружил идею «молекул внутри молекул»: молекулы нефти движутся внутри «молекулярных» трубочек. Идея показалась преподавателю заслуживающей внимания, он обратился к химикам, узнал о клатратах, рассказал об этом на очередном занятии. У группы сразу «прорезался» интерес к химии. Ожили полузабытые школьные знания, посыпались вопросы, учащиеся стали просить книги по химии и новые упражнения на оператор РВС.

Оператор РВС часто дает неожиданные идеи. Но вообще-то назначение у него более скромное: он должен расшатать привычный и потому обладающий большой психологической инерцией образ технической системы,' навязанный условиями »задачи. Придя к идее клатратного нефтепровода, надо, вообще говоря, вернуться к обычному нефтепроводу, перенеся на него идею активного взаимодействия стенок и нефти.

Если у читателя появилось желание самостоятельно поработать с оператором РВС, можно воспользоваться задачей 48.

Задача 48. Объект — мост. Примените к этому объекту первую операцию из шести, входящих в оператор РВС. Попытайтесь получить идею принципиально нового моста.

Примечания: 1. У каждого объекта несколько основных размеров. Не обязательно уменьшать все размеры. 2. После того как найдена новая идея, надо вернуться к исходным размерам и изменить эту идею так, чтобы она годилась и при нормальных размерах объекта. 3. Оператор РВС резко меняет привычное представление об объекте. Он ведет к «диким» идеям — не надо их пугаться, не надо от них отмахиваться. 4. Не спешите: мысленные эксперименты надо вести спокойно, приглядываясь ко всему новому и неожиданному.

Психологические препятствия могут быть преодолены психологическими приемами, планомерным анализом задачи по шагам и такими операциями, как формулировка ИКР, выявление физического противоречия. Но было бы ошибкой считать, что от «психики» только вред. АРИЗ — программа для решения задач человеком, а не машиной, потому и необходима борьба с «психологическими сбоями». Однако человеческому мышлению свойственны и «психологические взлеты». Их надо использовать. В какой-то мере это запрограммировано в АРИЗ. Работая с оператором РВС, человек не только уходит от старого образа технической системы, но и создает новый образ, подчас неожиданный и волнующий. Формулируя ИКР, мы рисуем образ-мечту — и это тоже дает положительный эффект. Но главный психологический эффект не связан конкретно с тем или иным шагом АРИЗ. Он получается побочно и может возникнуть на любом этапе решения. АРИЗ высвобождает скованную мысль и нередко, решая одну задачу, человек попутно вырабатывает идеи, относящиеся к другим задачам, которые он в начале решения даже не ставил перед собой.

В 50-х годах один из авторов этой книги взялся за задачу, считавшуюся нерешимой, — разработку легководолазного скафандра для спуска на дно океана (до 11 км). Существуют глубоководные жесткие скафандры, водолаз находится в них под обычным атмосферным давлением. Но такие скафандры очень тяжелы и громоздки, они стесняют движение водолаза, в сущности это небольшие камеры с манипуляторами. Между тем ИКР иной: никакого скафандра нет, а человек свободно дышит под водой — на самой большой глубине... Акваланги и кислородные дыхательные приборы рассчитаны на небольшие глубины. Но все-таки лучше идти от этих приборов — они сравнительно легки, просты, не стесняют движений.

Проблема создания глубоководного легководолазного скафандра включает целый ряд изобретательских задач. В частности, задачу об очистке выдыхаемого воздуха. Человеческий организм устроен так, что при вдохе усваивается всего около 4 процентов кислорода, даже если дышать чистым кислородом. В обычном воздухе 21 процент кислорода — и все равно организм усваивает лишь 4 процента, а остальные 17 процентов теряются при выдохе. Вместо поглощенных 4 процентов кислорода организм выделяет примерно такое же количество углекислого газа. Возникает задача: нужно очистить выдыхаемый воздух от углекислого газа и, пополнив этот воздух кислородом, снова направить на дыхание. В кислородных дыхательных приборах так и происходит: выдыхаемый воздух идет в поглотительный патрон, где зерна щелочи поглощают углекислоту. В очищенный воздух добавляют кислород — и газовая смесь снова годна для дыхания.

А если человек находится на глубине 11 километров? Давление там — 1100 атмосфер. В дыхательном аппарате должна циркулировать газовая смесь под давлением, равным наружному, иначе чудовищное давление воды просто-напросто раздавит человека. Вот человек сделал вдох, в организме началось поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Но углекислый газ уже при небольшом давлении превращается в жидкость или даже в твердое тело—знакомый всем сухой лед. Вдох — и под действием давления газ тут же — в тканях тела, в крови — превращается в снежинки... Снегопад в организме!

Издавна известна кессонная болезнь. На глубине под давлением азот растворяется в крови человека и при быстром подъеме выделяется в виде пузырьков. Кровь вспенивается, как. лимонад, когда открывают бутылку... И вот замаячила новая грозная опасность — «снежная болезнь».

К счастью, призрак опасности быстро рассеялся. Критическая температура углекислого газа 31°, а это значит, что при более высоких температурах углекислый газ ни под каким давлением не превращается в жидкость или твердое тело. Внутри организма температура всегда выше 31°, следовательно, снегопада внутри организма быть не может.

Если бы задачу решала машина, использующая самый совершенный алгоритм, эпизод с призраком «снежной болезни» на этом был бы исчерпан. Опасности нет, можно продолжать решать задачу об очистке выдыхаемого воздуха от углекислого газа. Вполне вероятно, что машина сумела бы полезно применить принцип сжижения углекислоты: наружная температура ниже 31°, следовательно, углекислый газ можно легко отделить от кислорода — благодаря высокому давлению углекислый газ оседает на стенках поглотительного патрона. Не нужно расходовать щелочь, система очистки получается надежной и простой. Этот вывод в силах сделать и машина: в конце концов, тут знакомый нам прием «обратить вред в пользу»...

Ну, а человек?

Человек вдруг остановился перед «лирическим эффектом»: снегопад в организме — это так неожиданно... Выяснилось, что опасности нет, снегопада не будет, а мысль упорно не хотела расставаться с этим странным видением: снегопад внутри человека...

Мысль совершила неожиданный зигзаг: углекислый газ не дает снегопада, а если бы в организме человека выделился другой газ, имеющий высокую критическую температуру? Например, ксенон. Уж он-то наверняка выпал бы в виде дождя и снежинок... Внутри организма ксенона нет, а снаружи? На суше ксенон выделяется из природных источников — почему этого не может быть на дне океана? Удивительная складывается картина: если пузырек ксенона вышел в океан на глубине более 550—600 м, он не всплывает, а превращается в капельку жидкости более тяжелой, чем вода, и... тонет, идет на дно.

И не только ксенон. Сжимаемость воды намного меньше, чем сжимаемость других жидкостей. Поэтому любая жидкость, плавающая на поверхности океана, при погружении ниже некоторой критической глубины становится тяжелее воды и тонет. Правда, вычисленная критическая глубина для многих жидкостей больше 11 км — максимальной глубины океана. Но есть немало газов и жидкостей со сравнительно небольшой критической глубиной. Например, некоторые виды нефти. Если такая нефть выходит где-то на дне океана, она не всплывает (хотя на поверхности океана была бы легче воды), а образует подводное озеро. Поднять такое озеро до критической глубины — и оно само пойдет вверх...

Работа над глубоководным дыхательным прибором на какое-то время была отложена, открытие критических глубин и связанных с ними явлений оказалось интереснее. Вот этого машина не смогла бы сделать! Чтобы причудливый образ снегопада в организме приковал внимание и увел мысль в сторону, нужны человеческие эмоции, человеческий опыт жизни, человеческие воспоминания...

Эффект Колумба («искал Индию, открыл Америку») изредка проявляется и при решении задач методом проб и ошибок. Но АРИЗ специально создает благоприятные условия для его возникновения: условия задачи сознательно трансформируются, рассматриваемая техническая система обязательно подводится к границам, за пределами которых она превращается в нечто совсем иное. Идет процесс решения конкретной задачи, но операции, «обрабатывающие» задачу, одновременно подводят мысль к черте, за которой резко возрастает вероятность возникновения эффекта Колумба. Правда, выводить за эту черту и гарантировать эффект Колумба АРИЗ пока не умеет.

В последние годы на занятиях по АРИЗ стали практиковаться решения... нерешимых задач. На нерешимую задачу (если она и в самом деле нерешимая), естественно, нельзя дать ответа. Мысль наталкивается на непреодолимую стену... и вот тут-то АРИЗ начинает тянуть куда-то в сторону. Создаются условия, благоприятные для замены задачи и возникновения эффекта Колумба. В качестве примера можно привести задачу об очистке бухты.

Фиг. 23

Задача 49. Многие города когда-то были основаны на берегах бухт и заливов, образующих тихие гавани для судов. Шли годы. В портовых городах создавалась промышленность, да и сами морские перевозки менялись: вместо пеньки и чая корабли стали перевозить нефть, руду, химические удобрения... И вот бухты, закрытые почти со всех сторон, превратились в гигантские грязе- и нефтеловушки.

Нефть с танкеров, сливные воды с промыслов и нефтеперерабатывающих заводов (если они есть вблизи бухты), стоки химических заводов скапливаются в бухте, отравляя воду и оседая на дно.

Будем считать для определенности, что бухта имеет форму, показанную на фиг. 23, — почти замкнутый круг. На берегу везде постройки, пустырей нет. Площадь бухты — 60 кв. км. Средняя глубина — 6 м. На дне — слой ила толщиной 1,5 м. Ил на 25—30 процентов состоит из отходов самых различных химических производств и продуктов окисления нефти. Идет разложение ила, бухта становится огромным болотом, со дна поднимаются пузырьки ядовитых газов...

Как быть?

Засыпать бухту и перенести портовые сооружения — слишком дорого. Каким-то образом вычерпать ил? Но на берегу нет места для размещения такого громадного количества ила. «Вымести» ил в открытое море? Недопустимо, поскольку загрязнится значительная часть моря. Использовать микроорганизмы, которые съедят ил? Пока мы не умеем выводить микроорганизмы, которые поедали бы чистую нефть, а на дне — ядовитые отходы самых раз-

личных химических производств... Закрыть чем-то дно? Работа огромной трудности, требующая немалых средств. Ускорить процесс разложения ила, например, нагревом? Но на берегу — город, люди...

Условия задачи специально ужесточены. Изобретательского ответа на такую задачу нет. Нужно ввести строгий контроль и прекратить загрязнение бухты. Остальное сделают природа и время: через полвека бухта постепенно очистится. В чем-то, может быть, придется помочь природе... если появятся эффективные средства.

Итак, нерешимая задача. Но при тщательном анализе по АРИЗ может возникнуть другая задача. Однажды, например, появилась идея убрать ил вглубь земли: пробурить глубокую скважину, произвести взрыв и сбросить ил в образовавшуюся полость. Как ответ на задачу идея не годится: нельзя устраивать подземный атомный взрыв фактически в черте города. И вот резкий поворот мысли: если нельзя устраивать взрыв в городе, то можно устроить взрыв там, где нет городов. А зачем? Раз нет города, нет и отходов... Еще один поворот мысли: там, где сейчас нет города, в будущем может возникнуть город. Любопытная идея: начинать строительство новых городов с подготовки огромных «мусорных ящиков». Сперва «ящик» с запасом емкости на 50—100 лет, а уж потом — город...

Может быть, проще перестроить производство так, чтобы не было отходов? Увы, не проще. В каждую эпоху имеются свои отходы, которые еще не научились дешево перерабатывать. Их надо прятать, хотя бы временно, до тех пор пока не появятся дешевые и эффективные способы переработки.

А поселения на Луне или на Марсе? Пройдет несколько десятков лет, и на других планетах появятся научные станции, а затем и города. Рек, морей и океанов там нет, сбрасывать отходы для естественной переработки некуда, а искусственная переработка может оказаться нерентабельной. Наверное, в таких условиях пригодится нереальная сегодня идея подземных «ящиков».

Впрочем, так ли уж нереальна эта идея? Вот авторское свидетельство № 514 055: «Способ осушения мелкоконтуриых болот, включающий отвод воды, отличающийся тем, что, с целью уменьшения объема работ, отвод воды осуществляют в бессточный водоем, отрываемый в наиболее низких топографических отметках болота, объемом, близким к объему болота». В болоте делают большую яму, вода стекает в эту яму, нет необходимости откачивать ее за пределы болота. Но ведь и в задаче 49 речь идет о болоте, только спрятанном на дне бухты под шестиметровым слоем воды. «Бессточная емкость» по авторскому свидетельству № 514 055 — просто яма. В нашем случае — глубоко упрятанная подземная емкость. Два разных этапа развития одной технической системы...

* * *

Однажды шведского ученого Платена поразила прекрасная игра красок осенних листьев. Платена заинтересовал механизм этого явления: почему умирающие листья приобретают такую великолепную окраску? Знакомый биолог объяснил Платену, что листья становятся желто-багровыми не потому, что умирают, а как раз наоборот: листья сопротивляются разрушению. Суть объяснений заключалась в следующем. Допустим, есть десять молекул. Они могут стареть и умирать одновременно. Но мыслимо и другое: восемь молекул остаются без изменений, а две самоотверженно принимают на себя все внешние невзгоды, быстро стареют и умирают, продлевая жизнь другим молекулам. Вот эти две самоотверженные молекулы, разрушаясь, окрашивают живые еще листья в желтые, золотые и багровые тона. На Платена это объяснение произвело огромное впечатление: часть листа идет навстречу смерти, чтобы сохранить жизнь всему листу... Несколько лет спустя Платен использовал этот прием, решая задачу о создании прочной станины пресса для получения алмазов. Платен сделал станину многослойной и внутренний слой разрушил, разрезал, чтобы повысить прочность всей конструкции в целом.

Историки техники видят здесь удивительную роль случая, соедпннвшего столь разнородные вещи — пламя осенних листьев и станину мощного пресса. Но если присмотреться, нетрудно заметить четкую логическую цепочку: осенние листья — принцип «обратить вред в пользу» — конкретный прием «разрушить часть, чтобы сохранить целое», — многослойная станина с разрезанным внутренним слоем. Удивительно другое: такие взлеты мысли случаются чрезвычайно редко. Вот хотя бы у Платена — один раз в жизни... Пусть даже пять или десять раз, все равно — это слишком мало. Назначение АРИЗ — превратить эти редчайшие взлеты в нормальный режим работы мысли.

Вскоре после того как такая проблема была поставлена, стало ясно, что прежде всего для полета мысли требуется огромное количество «горючего»: нужна постоянно пополняемая информация обо всей технике и всей физике. И не простая информация, а сжатая, спрессованная, сконцентрированная — и потому компактная, удобная. Сначала в АРИЗ появился фонд типовых технических приемов, затем — фонд физических эффектов и явлений.

Горючее и двигатель... Огромный запас сжатой информации и программа, позволяющая четко использовать эту информацию.

«Обратить вред в пользу» — Платен вывел этот принцип лі использовал его один раз, потому что другие задачи требовали других принципов, а их у него не было. В АРИЗ «обратить вред в пользу» — типовой прием 22. То, что когда-то потрясло Платена, сегодня стало типовой операцией, выполняемой без особых эмоций.

АРИЗ требует, чтобы по единому плану выполнялись четкие мыслительные операции, использовались правила, таблицы... И это отнюдь не мешает взлетам мысли, напротив, способствует им. Процесс решения задачи по АРИЗ бесстрастен и сух лишь на первых этапах учебы. Огромный заряд информации и смелые мысленные операции, запрограммированные в АРИЗ, подводят мысль к порогу, за которым возможны самые неожиданные открытия. Можно просто решить поставленную задачу, но можно сделать и больше: подняться к значительно более интересным проблемам, сделать совсем иные изобретения.

АРИЗ предназначен не для того, чтобы избавить человека от мыслительного труда. Назначение АРИЗ — усилить его эффективность, вывести мысль на режим, который сегодня встречается лишь в виде редких «вспышек гения».

ПОДВИЖНЫЙ в подвижном

ОЧЕНЬ ПРОСТО: ВЕЩЕСТВО ЕСТЬ И ВЕЩЕСТВА НЕТ

Теперь, когда- мы познакомились не только с составными частями АРИЗ, но и в какой-то мере с особенностями, присущими АРИЗ в целом, еще раз посмотрим, как идет решение задачи. Возьмем хорошо знакомую нам задачу 8 о шлаке.

2.1. Шлак, залитый в ковш, при перевозке охлаждается, и сверху образуется твердая корка, затрудняющая слив жидкого шлака и увеличивающая его потери. Закрыть ковш крышкой-теплоизолятором — плохое решение, поскольку придется вводить оборудование для закрывания и открывания ковша. Подогрев в пути — тоже недопустимо сложное решение. Нужно, не усложняя имеющегося оборудования, обеспечить перевозку и полный слив жидкого шлака.

Смысл этого шага понятен без особых пояснений: мы перешли от ситуации к мини-задаче. Теперь можно приступать к постройке модели задачи.

2.2. Первый элемент (изделие) — шлак. Второй элемент — холодный воздух над шлаком (там, где образуется корка).

Можно построить модель иначе: дана пара «шлак — отсутствующая крышка». Это значительно более четкая модель. Сразу видно физическое противоречие: крышка должна отсутствовать (когда надо), крышка должна присутствовать (когда надо).

2.3. Воздух — в чкачестве крышки — обладает способностью легко пропускать жидкий шлак при заполнении и опорожнении ковша (т. е. такую «крышку» не надо снимать и не надо потом снова ставить на место). Это качество хорошо бы сохранить.

Воздух — в качестве крышки — не держит тепла, охлаждает шлак. Это качество необходимо устранить.

2.4. Даны жидкий шлак и воздух над шлаком. Воздух позволяет легко пропускать шлак при наполнении и опорожнении ковша, но охлаждает жидкий шлак.

3.1. Шлак — изделие, менять нельзя. Воздух — «инструмент», но природный, а природные элементы трудно менять. Целесообразно взять объектом внешнюю среду (хотя не будет грубой ошибкой взять объектом воздух). Проще всего выполнить шаг

3,1, если на 2,3 указана «отсутствующая крышка». В этом случае объектом, естественно, является эта «отсутствующая крышка» — технический элемент, инструмент.

3.2. ИКР: внешняя среда сама устраняет охлаждение жидкого шлака, не затрудняя при этом наполнения и опорожнения ковша или ...сохраняя способность свободно пропускать жидкий шлак.

Защита от охлаждения с помощью крышки известна. Но крышку приходится то снимать, то ставить на место. Поэтому в формуле ИКР очень важна вторая часть: не затрудняя... и т. д.

3.3. Зона, которая не справляется с комплексом указанных в ИКР двух требований, — от поверхности шлака до краев ковша (или чуть выше, но так, чтобы не выйти за железнодорожные габариты), т. е. то место, которое должна была бы занимать теплоизолирующая крышка.

3.4. а. Для защиты шлака от охлаждения в этой зоне должно быть вещество-теплоизолятор (даже вакуумная изоляция требует вещества — для удержания вакуума).

б. Для свободного прохождения шлака в этой зоне не должно быть вещества. Из работы слушателя общественной школы изобретательского творчества: «Для обеспечения полного выливания выделенная часть внешней среды должна быть проницаемой для жидкого шлака. Для предотвращения быстрого охлаждения шлака эта часть должна быть непроницаема, должна не сообщаться с остальной внешней средой».

3.5. а. Полная формулировка физического противоречия: выделенная зона внешней среды должна быть заполнена веществом, чтобы обеспечить теплоизоляцию, и не должна быть заполнена веществом, чтобы свободно пропускать шлак.

б. Краткая формулировка физического противоречия: выделенная зона внешней среды должна быть и не должна быть. Краткая формулировка физического противоречия, как это часто бывает, обостряет конфликт: выделенная зона должна сама появляться и исчезать.

После получения физического противоречия полезно вернуться к 2.1 и проверить логику анализа.

На 2.1 была рассмотрена система минимум из трех элементов: ковша, шлака и холодного воздуха над шлаком. На 2.2 выбраны два конфликтующих элемента: шлак и воздух. На 2.3 сформулирована суть конфликта. На 2.4 соединены записи 2.2 и 2.3: если они правильно сделаны, соединение получается логичным.

3.1 — выбираем один элемент; 3.2 — составляем формулировку ИКР для этого элемента; 3.3 — выделяем часть одного элемента;

3.4 — переходим от противоречивых технических требований к противоречивым физическим требованиям, свойствам, особенностям, признакам: вместо «для теплоизоляции нужна крышка, а ее трудно поднимать—опускать» записываем: «вещество (крышка) есть и вещества нет». Если 3.3 и 3.4 выполнены правильно, они легко соединяются в формулировку физического противоречия на шаге 3.5.

4.1. С самого начала было очевидно, что противоречивые требования относятся к разным моментам времени (4.16). Теперь можно уточнить: в выделенной зоне при транспортировке должно быть вещество-теплоизолятор, а при опорожнении — наполнении вещества не должно быть (причем появляться и исчезать вещество должно само).

По 4.1г: частицы крышки свободно пропускают шлак, а вся крышка (образованная многими частицами) «держит» тепло. То есть нужно создать крышку из «кусочков» чего-то (из работы слушателя общественной школы: «Похоже на «тепловое одеяло» из полимерных шариков... наталкивает на мысль об «одеяле» из кусков твердого шлака...).

4.2. Тепловое поле из одного вещества переходит в другое, т.е. дан веполь, но — ненужный, вредный. Тут следовало бы обратиться к таблице типовых вепольных преобразований. У нас этой таблицы нет, мы используем только фрагмент АРИЗ. Но зато у нас есть список стандартов и нам известно правило вепольного анализа — как разрушать веполь. Между шлаком и воздухом нужно ввести третье вещество, являющееся видоизменением одного (или двух) из имеющихся. Видоизменять воздух? Использовать горячий воздух? Но это запрещено условиями задачи — обогрев сложен. Видоизменять шлак? Это уже было — использование «крышки» из кусочков твердого шлака. Остается одна возможность: использовать в качестве третьего вещества смесь жидкого шлака и воздуха, т.е. шлаковую пену (стандарт 13).