Текст книги "Изобретения Дедала"

Автор книги: Дэвид Джоунс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 22 страниц)

Дэвид Джоунс
ИЗОБРЕТЕНИЯ ДЕДАЛА

Предисловие редактора перевода

Имя Дедала, героя греческой мифологии, искусного зодчего, строителя знаменитого лабиринта на острове Крит, создателя первого «летательного аппарата», дошло до наших дней как синоним творца, художника, умельца, неистощимого на идеи изобретателя.

И вот теперь оно предстало перед нами на страницах необычной, яркой, искрящейся юмором книги английского ученого Дэвида Джоунса. Книга «Изобретения Дедала» возникла как итог многолетней работы Джоунса в журнале New Scientist, где он вел «колонку Дедала», о чем автор сам рассказывает в своем предисловии. Новые изобретения Дедала мало напоминают примитивные крылья из перьев, скрепленных воском. Современный Дедал-Джоунс не отстает от стремительного научно-технического прогресса нашего времени – напротив, он всегда «впереди»! Широта его интересов поистине безгранична: он создает сверхбыстроходные суда, тепловые планеры, молекулярные гироскопы, лазеры-ваятели и многие другие технические новинки; решает проблемы охраны окружающей среды, размышляет над проблемами усовершенствования быта; он подвергает критике многие стороны образа жизни западного общества, основанного на конкуренции и власти денег… В общем всего не перечесть – читатель сам получит возможность оценить творческий диапазон Дедала.

Казалось бы, необузданный полет фантазии Дедала имеет мало общего с реальностью, но… мы узнаем, что многие его идеи стали темами серьезных научных и технических исследований. Более того, как сообщает сам автор, около 20% его идей были так или иначе реализованы.

Публикации Дедала вызывали бурные дискуссии [в переписке с автором, в частности, принял участие известный английский изобретатель Эрик Лейтуэйт, книга которого «Как изобретать» переведена на русский язык (М.: Мир, 1980)]. Это, безусловно, свидетельствует о том, что все рассуждения автора не просто бесплодные фантазии – они учат аналитическому мышлению, помогают развить творческие способности, рождают свежий взгляд на мир.

Выйдя из тесных рамок журнала и объединившись в книгу, заметки Дедала дополнились комментариями, расчетами, забавными рисунками и превратились в изящные изобретательские миниатюры. Это делает книгу интересной для проверки знаний и эрудиции читателя. Чтобы процесс работы читателя над книгой был более интересным и творческим, мы рекомендуем не читать ее подряд, а поступить следующим образом. Прочтите заметку. Дайте волю фантазии, оцените возможности явления. Соберите воедино все известные вам факты, относящиеся к описанному явлению, – и лишь после этого прочтите соответствующий комментарий Дедала и особенно разработки фирмы КОШМАР, этого остроумного и забавного детища Джоунса. Читателю, желающему глубже разобраться в тех или иных затронутых здесь вопросах, мы советуем обратиться к рекомендуемой нами литературе, список которой приведен в конце книги.

В настоящее время считается, что изобретения делаются коллективом – век одиночек прошел. И действительно, если взять бюллетень изобретений за 1982 г., то количество изобретений, сделанных одиночками, составит лишь 18–20%. Однако это не умаляет их роли. Так что время Дедалов не кануло в Лету!

Кому адресована книга? Без преувеличения – всем, причем она тем интереснее, чем шире эрудиция читателя. Она привлечет внимание и любознательного старшеклассника, и опытного исследователя, и домашней хозяйки – об этом свидетельствует широкий круг корреспондентов, откликнувшихся на публикации Дедала-Джоунса в New Scientist.

С нашей точки зрения, эта книга может также служить хорошим подспорьем для школ творческой молодежи, которые широко создаются в настоящее время в нашей стране по инициативе ВОИР. Мы надеемся, что она вдохновит и советских ученых на публикацию своих «изобретательских миниатюр», ибо изобретения составляют величайшую славу народа.

В. В. Патрикеев, заслуженный изобретатель РСФСР

Предисловие

Кто такой Дедал?

В этой книге собрано (и дополнено) 129 «изобретений Дедала», опубликованных в разное время на «страничке Ариадны» в еженедельнике New Scientist. Все изобретения современного Дедала не уступают по смелости выдумки восковым крыльям его античного предшественника: они оригинальны и остроумны и дают читателю богатую пищу для размышлений. Эти идеи лежат на грани между строгой реальностью и очевидной фантастикой.

Я готовил материал для «колонки Дедала» на протяжении 17 лет и уже давно вынашивал честолюбивый замысел объединить хотя бы часть этих материалов в книгу. За прошедшее время накопилось более 800 выпусков журнала, содержащих «колонку Дедала», так что недостатка в «сырье» не было. Но как собрать разрозненные выпуски в книгу? Компиляция, созданная при помощи ножниц и клея, была бы здесь совершенно неприемлема. Кроме того, мне хотелось дополнить многие идеи, которые раньше приходилось безжалостно урезать, чтобы втиснуть их в рамки журнального столбца. Поэтому при подготовке настоящей книги я счел себя вправе вносить изменения и дополнения в журнальные варианты «изобретений», объединять идеи, разбросанные в разных номерах журнала и подвергать опубликованный ранее материал общему редактированию. Например, многие «колонки Дедала» начинались словами: «Мой (тот или иной эпитет) друг Дедал…», где эпитет носил наукообразный характер, отражающий обсуждаемую в данной публикации тему. Бесконечное повторение этой фразы в книге звучало бы чересчур надоедливо, так что я вычеркнул все хвалебные эпитеты, в дальнейшем отказавшись от них и в журнале.

Изобретательская фантазия Дедала всегда отталкивается от научной реальности. И как это ни странно, примерно 17% изобретений в том или ином виде впоследствии были восприняты всерьез, запатентованы, реализованы, а некоторые, как оказалось, были уже осуществлены прежде! Кое-какие из опубликованных в журнале идей Дедала я продемонстрировал «на практике» – в телевизионных научно-популярных передачах. Мне было очень лестно, что идеи из «колонки Дедала» предлагались студентам физического факультета Манчестерского университета в качестве тем для курсовых проектов. Студенты с удовольствием брались за дело, однако полученные ими результаты трудно поддавались оценке. Поэтому для тех, кто захочет более внимательно рассмотреть научную подоплеку этих «изобретений», я добавил раздел «Из записной книжки Дедала», где приводятся кое-какие вычисления и разбирается научная сторона вопроса. Все вычисления при подготовке книги я проделал заново, обнаружив при этом ряд неточностей. Так что численные расчеты, приведенные в настоящей книге, не всегда соответствуют ранее опубликованным в журнале. Прочие замечания, включая и упоминания о реализованных проектах Дедала, объединены под рубрикой «Комментарий Дедала».

Многие годы размышляя о будущей книге, я сталкивался с непреодолимой проблемой чертежей и рисунков. Где найти художника с достаточной технической эрудицией, который смог бы изобразить на бумаге фантазии Дедала? В конце концов издатели помогли мне разрешить эту задачу, предложив сделать все необходимые рисунки самому. Судите сами, что из этого получилось.

Что такое КОШМАР?

КОШМАР – это «Компания по осуществлению широкомасштабных актуальных разработок», руководимая Дедалом. Компания была основана в 1967 г., т. е. примерно через два года после появления на свет рубрики Дедала, по предложению Эдуарда Уилера, который в то время был редактором отдела техники журнала. Располагая такой «материально-технической базой», Дедал смог осуществлять свои прожекты с поистине индустриальным размахом, и фирма КОШМАР стала покорять вершину за вершиной. Политика фирмы была сформулирована Дедалом в ее первом годовом отчете, опубликованном в номере New Scientist от 24 декабря 1970 г.

Процветание фирмы основано на ее исследовательских контрактах. Практически весь доход вкладывается в расширение исследований. Как известно, все наши крупнейшие научные открытия были сделаны в ходе работы над другими проблемами или же в результате случайных наблюдений. В связи с этим мы поощряем полную научную безответственность наших сотрудников, позволяя им перескакивать с одной задачи на другую проводить нелепые эксперименты и т. д. Это не только создает в наших лабораториях творческую атмосферу, которой лишены другие, быть может лучше оснащенные промышленные лаборатории, но и позволяет привлечь к работе наиболее талантливых сотрудников. Такая организация труда дает совершенно непредсказуемые результаты, представляющие большую ценность для нас и наших заказчиков…

Как вы уже, по-видимому, поняли, я категорически отрицаю нелепое утверждение, будто наша фирма существует для блага своих «акционеров» – этой непостоянной, безымянной массы, охваченной лишь стремлением получить побольше прибыли. Своим успехом компания КОШМАР целиком обязана тому факту, что она существует для удовольствия и развлечения своих сотрудников.

Выпуск готовой продукции – отнюдь не основная задача компании КОШМАР. Ее изделия выпускаются небольшими партиями: их главная цель – проверка выдвинутых гипотез. Несмотря на это, за годы своего существования фирма упрочила свою репутацию в промышленных кругах. Журнал New Scientist получал вполне серьезные запросы о приобретении лицензий на изобретения фирмы КОШМАР, фирме даже угрожали судебным преследованием за нарушения в области патентного права! Если так будет продолжаться и дальше, то это значит, что фирма стоит на верном пути.

Ньюкасл-апон-Тайн, май 1981 г.

Дэвид Джоунс

Натуральная окраска

В пестроте животного мира наблюдается загадочный пробел: нет ни одного зверя с зеленой шерстью. Такая защитная окраска была бы чрезвычайно полезна для пастбищных животных, однако природа, похоже, не в силах справиться с подобной задачей. Поэтому Дедал изыскивает способ изменения масти животных, вспомнив в этой связи о нашумевшем научном подтверждении версии об отравлении Наполеона мышьяком – подтверждении, основанном на анализе сохранившихся прядей волос императора. Биологи уже высказывали предположение, что повторная линька (например, у змей) является дополнительным механизмом удаления отбросов из организма. Дедал заключил, что для выведения из организма людей и животных вредных металлов служат также ногти, волосы или шерсть. Постоянная «тренировка» повышает эффективность этого процесса: например, продолжительный прием малых доз мышьяка делает организм нечувствительным к довольно значительным дозам этого яда. Дедал предлагает стимулировать активность биохимических механизмов отторжения металла у овец, постепенно увеличивая дозу небезвредных, но зато создающих яркую окраску металлических соединений: кобальта (розовый), меди (синий), никеля (зеленый) и т. п. Анализы покажут, какое соединение наиболее эффективно накапливается в шерсти. Таким образом мы создадим не только зеленых овец (равно как коров и лошадей) с прекрасным камуфляжем, но и получим натуральную пряжу яркой расцветки. Более того, изменяя дозу металла в процессе роста шерсти, мы вырастим овцу с многоцветным муаровым мехом – идеальным сырьем для мохеровых свитеров, твидовых тканей и других изделий с нежными переходами цвета. Сейчас Дедал занимается разработкой металлоорганических соединений, которые, поступая в организм животного вместе с пищей, будут откладываться в шерсти. Это позволит производить естественным путем смешанные натурально-синтетические волокна, столь популярные в наши дни[1]1
  Натуральная окраска шерсти животных действительно сильно зависит от наличия тяжелых и цветных металлов. Однако в пищеварительном тракте красители подвергаются действию различных ферментов при значительной кислотности, поэтому органические вещества разлагаются. Тем не менее фантазии Дедала относительно зеленых животных, по-видимому, не абсолютно беспочвенны. Так, по сообщению агентства АДН из Италии, в городке Рефранкоре в области Пьемонт у одной собаки родились шесть щенков, один из которых был зеленым (!), причем через 25 дней после рождения зеленая окраска шерсти стала еще более интенсивной. Ученые объясняют это явление редким генетическим изменением (см. «Известия», № 134, 13 мая 1984г.). – Прим. ред.


[Закрыть].

New Scientist, January 18, 1968.

Из записной книжки Дедала

Удобной моделью для начала нам может послужить процесс отложения мышьяка в волосах. Типичное соединение мышьяка – отравляющий газ люизит. Он реагирует с тиольными группами некоторых ферментов следующим образом:

Именно тиольные группы кератина связывают мышьяк в ногтях и волосах. Цепочка с двойной углеродной связью в молекуле люизита очень напоминает аналогичные цепочки в молекулах многих органических красителей. Вполне реально поэтому было бы синтезировать соединения вида

В случае удачи такие соединения, попадая в организм с пищей, будут затем поступать в шерсть животных. Благодаря высокой окрашивающей способности органических красителей для создания яркой окраски потребуются микроскопические дозы вещества, которые вполне могут оказаться безвредными для организма. Поскольку нам ничто не мешает вводить красящую добавку по своему выбору, мы сможем вывести зеленых, красных и даже оранжево-флуоресцирующих овец (последних будет очень легко отыскивать в снежных сугробах).

Какова же будет расцветка животных? Вряд ли шерсть у овец растет равномерно; скорее всего, одни части тела обрастают быстрее, другие медленнее, а временами рост шерсти прекращается (именно так растут волосы у человека). Поэтому там, где шерсть растет медленно, концентрация красителя будет значительно выше, чем в быстро обрастающих частях тела, – таким образом выявится скрытый рисунок. Если части с различной скоростью роста шерсти невелики и хаотически перемешаны, то появится муаровый узор; возможно также, что шкура станет просто пятнистой. Во всяком случае, после того как закономерности роста шерсти будут изучены, можно будет вводить в организм животного различные красители по заранее разработанному плану, целенаправленно создавая великолепные многоцветные экземпляры. Но как отнесутся к этому сами животные?

Твердая газировка

Леденец-новинка содержит сжатый углекислый газ в микропузырьках, заключенных внутри кристаллов сахара, и восхитительно потрескивает во рту, по мере того как при растворении сахара высвобождается газ[2]2
  Интересно, что появление газовых включений в твердом теле подсказано природой. Газовые включения (окклюзии) часто наблюдаются в кварце или янтаре (см. [1]). – Прим. ред.


[Закрыть]. Дедал усматривает в этом далеко идущие возможности. Он указывает, что в очень маленьких пузырьках газ содержится под огромным давлением. Таким образом, вспенивая жидкость и затем вызывая ее затвердевание при повышенном давлении, можно получать твердые материалы с большим запасом внутренней энергии. Пено-мыло КОШМАР энергично массирует влажную кожу благодаря тысячам крохотных взрывов газовых пузырьков. Этот процесс сопровождается характерным шипением, тональность которого можно заранее отрегулировать, подобрав надлежащий размер пузырьков. На этом же принципе основан ультразвуковой стиральный порошок, который поможет навсегда покончить со стиральными машинами, и зубная паста, не только прекрасно очищающая зубы, но и массирующая десны. Дедал также проводит опыты по насыщению кислородом мятного печенья (этот продукт предназначен для подводников: он избавит их от необходимости дышать, поскольку содержащийся в печенье кислород станет усваиваться непосредственно в пищеварительном тракте). К несчастью, образец печенья, содержащий ровно столько кислорода, сколько необходимо для его усвоения организмом, оказался взрывоопасным. Съедобный динамит мог бы заинтересовать геологов и полярных исследователей; начаты также работы по созданию не столь аппетитных пено-кислородных взрывчатых веществ.

Другой отдел фирмы КОШМАР занимается разработкой вспененных под давлением поролонов для мягкой мебели. Зная, сколь опасны продукты сгорания пенополиуретана, Дедал насыщает поры нового пеноматериала газами, используемыми в современных огнетушителях.

Как только во время пожара диван начнет плавиться, миллионы газовых пузырьков разорвутся – огонь погаснет, а сопровождающий это ужасный треск послужит сигналом тревоги. Более того, в доме, обставленном подобной мебелью, пожар вовсе не сможет возникнуть, так как горящая спичка или окурок погаснут, едва начав прожигать дыру в обивке.

New Scientist, September 14, 1978

Из записной книжки Дедала

При атмосферном давлении растворимость газов в жидкостях колеблется в пределах 0,005–0,1% по весу. Поскольку растворимость примерно пропорциональна давлению газа, при давлении в 500 атм весовой процент растворенного газа достигнет 2,5–50%. Дополнительное количество газа может быть введено в жидкость в виде микропузырьков. Давление внутри пузырька превышает внешнее давление на величину 2γ/r, где γ – поверхностное натяжение жидкости, а r – радиус пузырька. Коэффициент поверхностного натяжения жидкости можно принять равным γ=0,05 Н/м, тогда в пузырьке диаметром 10^-8 м (r=5×10^-9 м) газ находится под давлением p=2×0,05/(5×10^-9) = 2×10^-7 Н/м² = 200 атм.

Наиболее удобный способ создания в жидкости пузырьков такого размера состоит, по-видимому, в насыщении ее пузырьками большей величины и в последующем повышении внешнего давления. Как бы то ни было, путем одновременного растворения газа в жидкости и насыщения ее пузырьками можно ввести в жидкость такое количество газа, которое будет, возможно, даже превосходить по весу количество растворителя. После этого жидкость подвергают затвердеванию. Очевидными кандидатами на роль растворителя можно считать расплавленные пластмассы и растопленный сахар, особенно если удастся подобрать добавки, обладающие повышенной растворяющей способностью по отношению к выбранному газу; требуемое давление составляет несколько сот атмосфер. Заметим кстати, что сахар горюч: C₁₂H₂₂O₁₁ (342 г) = 12 CO₂ + 11 H₂O; так что сахар, содержащий 36% (по массе) растворенного кислорода, может быть полностью усвоен организмом или сожжен без дополнительной затраты окислителя.

Комментарий Дедала

Конфета, о которой идет речь, называется «Звездная пыль» и выпускается фирмой «Дженерал фудз». При ее изготовлении (Chemical Technology, July 1978, p. 446) углекислый газ под давлением 40 атм растворяется в подогретом сахарном сиропе, после чего сироп затвердевает. Полученная карамель содержит примерно 2 см³/г углекислого газа в виде примесей в кристаллической решетке и 4 см³/г в виде микропузырьков; именно микропузырьки создают эффект «шипучки».

Любопытна история изготовления этого продукта (The Economist, May 26, 1979, p. 114), которая восходит к началу 60-х годов. Первоначальная – и весьма остроумная – идея заключалась в создании твердого концентрата газированных напитков. Попытка, однако, не увенчалась успехом: либо в сахаре не удалось растворить достаточное количество углекислоты, либо углекислота сразу «выбулькивала» из жидкости, в которой при изготовлении напитка растворяли сахар. Тем не менее сам концентрат, растворяясь во рту, обладал свойствами газировки, поэтому в 1962 г. компания «Дженерал фудз» запатентовала его и в последующие годы пыталась продать лицензию другим кондитерским фирмам. Но высокая цена отпугивала потенциальных покупателей, и только в 1978 г., когда срок действия патента истекал, фирма решила сама выпустить «Звездную пыль».

Вполне реально также и взрывчатое вещество, в котором чистый кислород перемешан с горючим материалом. При строительстве Симплонского тоннеля взрывчатку получали при погружении палочек древесного угля в жидкий кислород (оксиликвит). В этом случае, однако, высокая концентрация кислорода достигалась путем понижения температуры, а не за счет повышения давления.

Фейкодер

Растущий интерес к видеотелефонной связи заставляет Дедала задуматься, какой цели может служить такая система. Возможность видеть лицо собеседника не увеличивает содержательность разговора, но по выражению его лица вы можете видеть, что он закончил свою реплику, что он сердится или, быть может, лжет. (Последнее особенно полезно при деловых переговорах.) Однако с технической точки зрения передача столь скромной информации по телевизионному каналу, занимающему полосу частот, достаточную для тысячи телефонных разговоров, – полнейшее расточительство. В этой связи Дедал вспоминает о «вокодере» – устройстве, преобразующем человеческую речь в некое подобие телеграфного кода, который очень экономно использует емкость канала связи. На приемной станции кодированный сигнал приводит в действие синтезатор речи, отчетливо воспроизводящий сказанное, но голосом, лишенным интонаций и эмоциональной окраски. Поражаясь легкости, с какой хороший карикатурист несколькими штрихами передает характерные черты и выражение человеческого лица, Дедал задумал создать телевизионный аналог вокодера. Используя современные принципы распознавания образов при помощи ЭВМ, новый прибор фирмы КОШМАР под названием «фейкодер» преобразует телевизионное изображение человеческого лица в графический шарж с последующим его переводом в стандартный импульсный код для передачи по телефонному каналу. Этот простой сигнал, изменяющийся всего лишь примерно 20 раз в секунду, занимает очень узкую полосу частот и вполне может быть передан вместе с голосом по одному телефонному каналу. Это остроумное приспособление позволит перевести всю телефонную сеть на «видеотелефон» без необходимости замены существующих коммуникаций на дорогостоящий телевизионный кабель.

Для подготовки соответствующего программного обеспечения ЭВМ психологи фирмы КОШМАР изучают человеческую мимику. С этой целью они просматривают мультфильмы Уолта Диснея, телевизионные выступления политических деятелей, отражающие широкий спектр приемов уклончивости и фальши, а также наблюдают ведущиеся посредством мимики беседы между испытуемыми, разделенными перегородками из матового стекла различной степени прозрачности. На основании полученных данных предполагается составить программы кодирования, так что фейкодер будет передавать лишь информацию о выражении лица собеседника, отбрасывая несущественные детали, такие, как характер освещения или фон. Передаваемый «шарж» позволит опознать собеседника, однако основное «содержание» изображения будут составлять эмоции. Таким образом, вы получите возможности разговаривать с мультипликационной картинкой, которая будет выражать вам свое согласие или сомнение, расположение или враждебность – любые эмоции в чистом виде, вроде того, как это делал Чеширский кот из «Алисы в стране чудес» Льюиса Кэрролла. Регулятор усиления позволит превратить легкое недовольство в кипящую ярость, слабое сомнение в полное замешательство; это будет очень удобно при разговорах с людьми, умеющими в любых ситуациях сохранять непроницаемое выражение лица. И наоборот, это позволит ослабить страсти темпераментных собеседников до уровня нейтральной благовоспитанности и избежать таким образом многих досадных недоразумений, происходящих из-за различия национальных темпераментов.

Еще большую пользу может принести фейкодер как средство для уничтожения непреодолимого коммуникационного барьера между автомобилистами. Безопасность движения поднимется на невиданную высоту, если каждый автомобиль будет оснащен фейкодером, проецирующим лицо водителя на экраны, установленные спереди и сзади автомобиля. Это положит конец дорожному изоляционизму автоводителей. Одного взгляда на автомобиль будет достаточно, чтобы понять, кто за рулем: лихач, растерянный новичок или раззява, – и действовать соответственно обстановке. Нарушитель сможет извиниться, изобразив на своей карикатуре раскаяние, и тем самым смягчить гнев потерпевшей стороны. А огорченная мина водителя, у которого мотор заглох перед светофором, умерит негодование тех, кто по его милости застрял на месте. Бурные эмоции уступят место инстинктивно-вежливому обмену улыбками.

Но подлинную революцию изобретение Дедала произведет, по-видимому, в отношениях между человеком и машиной. Управляя, например, большим химическим производством, оператор должен быстро и безошибочно вмешиваться в ход технологического процесса. Использование пульта, снабженного множеством стрелочных приборов, представляется довольно примитивным способом контроля процесса; листы машинных распечаток в этом смысле еще менее удобны. Вместе с тем мы еще с младенчества научились распознавать различные нюансы человеческой мимики и выработали инстинктивные навыки ублажать своих родителей. Инженеры фирмы КОШМАР разрабатывают на основе фейкодера систему управления химическим производством, в которой приборная панель будет заменена одним или несколькими телевизионными экранами. Лица на экранах будут изменять выражение в соответствии с ходом процесса: рост производительности будет изображен благодушной улыбкой, та или иная степень недовольства покажет, что с агрегатом не все в порядке, панический ужас послужит предвестником надвигающейся катастрофы. С одного взгляда оператор сможет оценить положение дел, а врожденные навыки позволят ему управлять процессом с невиданной доселе эффективностью. Кроме того, подобный метод управления, несомненно, будет способствовать пробуждению человеческих качеств у зачерствелых технарей и станет шагом к созданию «технологии с человеческим лицом». Его внедрение поможет значительно увеличить число людей, влюбленных в свою работу.

New Scientist, October 25 and November 1, 1973

Назад к карточке книги "Изобретения Дедала"