Нурали Латыпов - Инженерная эвристика

• Название: Инженерная эвристика
• Автор: Нурали Латыпов
• Жанр: Техническая литература

В книге представлены классические и новейшие — от эвристических до логических — методы активизации инженерно-технического мышления. Авторы демонстрируют междисциплинарный подход к решению изобретательских задач и тренингу интеллекта на основе универсальных языков. Последовательность в решении научно-технических проблем достигается методом выявления и разрешения противоречий. При этом формулировка проблемы в виде парадокса оказывается сильнейшим стимулом для развития творческой мысли.

Книга содержит более 170 вопросов и задач, на которых заинтересованный читатель может проверить качественный уровень собственного мышления, а в случае затруднений — обратиться к приводимым решениям и ответам. Многие из этих задач озвучены авторами в 2011–2012 гг. в ходе семинаров и тренингов в рамках проекта ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «Академия молодого инноватора», на интеллектуальных состязаниях молодых специалистов компании.

Рекомендуется инженерам, преподавателям и учащимся инженерно-технических и естественнонаучных специальностей вузов, инновационно ориентированным молодым специалистам производственного и исследовательского комплексов, а также всем читателям, заинтересованным в формировании у себя эффективного, продуктивного, действенного мышления, достижении нового интеллектуального уровня развития.

---

Трудно себе вообразить, что такое могло произойти в действительности. Но это как раз то бессознательное — грёза о возможности покорения воздушного пространства! Было ли оно откликом психики после напряженного и осмысленного поиска решения взрослым Леонардо, или, напротив, как божественное знамение — чудо, вдохновило мальчика на поиск?

Среди многочисленных эскизов и зарисовок гениального художника и инженера можно найти изображения птичьих крыльев. Леонардо оставил нам не менее 7 000 страниц рукописей (большинство из них зашифровано[46]), и сотни из них испещрены заметками о воздухе, о ветре, о строении крыльев, о поведении пернатых в ту или иную погоду:

«Птица — действующий по математическим законам инструмент, сделать который в человеческой власти. Чтобы дать истинную науку о движении птиц в воздухе, необходимо дать сначала науку о ветре», — утверждал учёный и проводил «анатомирование крыльев птицы вместе с мускулами груди, движущими их», но приходил к выводу, что «хотя человеческая искусность способна многое изобрести, но всё же она никогда не создаст предмет более прекрасный, простой и правильный, чем создаёт природа. Потому что в её изобретениях нет ничего лишнего, ничего недостающего, ничего нельзя прибавить, ничего отнять».

Анджело д'Арриго, кстати, был и неплохим орнитологом, но изучал птиц в освоенном ими пространстве — прямо в небе, часами сопровождая перелётные стаи. Однажды ему удалось пролететь над Эверестом, высочайшей вершиной мира. Дельтапланерист специально выращивал кондоров, изучал их повадки и особенности поведения в воздухе.

Записи о возможности воздухоплавания прослеживаются в работах Леонардо да Винчи на протяжении доброй четверти века. Инженерная мысль эволюционировала. И хотя большинство из этого наследия издано только в конце 1930-х, когда уже независимо осуществилась масса его гениальных предвидений, сама одержимость идеей полёта на рубеже XV и XVI столетий и её воплощение в виде конструкций впечатляют по сей день.

В музее изобретений Леонардо в городке Винчи можно найти «воздушный винт» — прототип современного вертолёта, «орнитоптер» — летательный аппарат с машущими крыльями и пружинным двигателем — точные копии разработок 1480-1490-х годов. Автор предусматривал и выдвижное шасси, и поворотное хвостовое оперение, и фюзеляж в виде лодки, он хотел попробовать использовать силу не только рук, но и силу ног человека, для запуска в небо использовать гигантский лук, а для эвакуации из поднебесья гениальный инженер первым додумался до пирамидального парашюта.

В своё время на ТВЦ мы планировали запустить цикл передач, чтобы стимулировать техническое творчество молодёжи. Первая была бы о Леонардо. Но по разным причинам проект не состоялся, и даже работу над пилотными выпусками руководство телеканала под разными предлогами свернуло («зажав» смешную по меркам этой индустрии согласованную в договорном порядке сумму). Но при сборе материала нам на глаза попались сюжеты английского телевидения 2002 года, когда специально были реконструированы и опробованы в действии многие придумки средневекового инженера. Бюджет англичан исчислялся суммой в 1 миллион фунтов стерлингов.

Среди конструкций был аппарат, воспроизводящий скелет птицы. Изготовили его тогда в полном соответствии с методикой, указанной в ранних записках Леонардо да Винчи: из тростника, тополя, льняной ткани и сухожилий животных. Чемпионка мира по дельтапланеризму Джуди Лиден опробовала крылья да Винчи на холмах графства Суррей. На двадцатой попытке она сумела подняться в воздух на высоту 10 метров и удержаться в полёте 17 секунд. Разочарованная спортсменка сетовала: «Управлять крыльями было почти невозможно, летела куда и ветер».

Но то, что она постигла опытным путём, понято разработчиком ещё в 1505 году, когда в трактате «О летании птиц» Леонардо да Винчи сумел сформулировать принцип аэродинамического способа управления полётом (изменение положения центра давления относительно центра тяжести) и дошёл до идеи необходимости низкого расположения центра тяжести для улучшения устойчивости. Он отметил, что любое тело испытывает сопротивление среды, в которой движется, а подъёмная сила крыла пропорциональна величине угла, под которым оно при движении находится к потоку воздуха. Инженерная интуиция (вряд ли изобретатель ставил эксперимент) подсказывала, что у человека не хватит сил удержать себя в воздухе взмахами крыльев.

И тогда Леонардо да Винчи делает эскиз неподвижных крыльев, соединённых с остовом летательного аппарата — без рычагов. Изобретатель приходит к выводу, что не человек должен крыльями отталкивать воздух, а ветер должен ударять в крылья и нести их в воздухе, так несёт он по волнам парусник: «Не нужно много силы, чтобы поддерживать себя и балансировать на своих крыльях и направлять их на путь ветров и управлять своим курсом, для этого достаточно небольших движений крыльями» — суть инженерной идеи Леонардо да Винчи.

В 1996 году были найдены считавшиеся уже потерянными две рукописи Леонардо, известные как «Мадридский кодекс». На их полях одной из них учёные обнаружили сделанный Леонардо набросок ещё одного летательного аппарата…

«Впервые я взял в руки фолианты работ Леонардо да Винчи в его музее, — вспоминал Анжело д'Арриго. — Начал листать пергаментные страницы с рисунками и в углу увидел маленький набросок человека с очень знакомой конструкцией — летающим крылом. Я начал его прорабатывать, узел за узлом, начал делать расчеты и меня как молнией пронзило — Леонардо действительно был гением! Но у него не было нужных материалов, и только поэтому аппарат летать не мог».

Воссозданию конструкции способствовал и директор «Музея изобретений Леонардо» профессор Алессандро Веццози. Вместе с д'Арриго они учли неудачный опыт Джуди Лиден 2002 года и заменили все средневековые материалы на современные — вместо льна взяли синтетическую ткань «дакрон», а вместо тростника и дерева — алюминиевые трубки. Минуло два года расчётов и испытаний, прежде чем д'Арриго поднялся на «крыле Леонардо»[47] в воздух и непрерывно находился в небе два часа (при скорости воздушного потока 35 км/ч).

«Я понял, что доказал правоту великого ученого, — признался испытатель после полёта в январе 2004 года. — Я и не ожидал, что всё так получится, что мы действительно сделаем летательный аппарат по чертежам Леонардо да Винчи. Ведь всякое могло быть, математика любит пошутить. Но крыло оказалось действительно рабочим. И когда я „взлетел“ на аппарате, придуманном 500 лет назад, то был просто потрясён! Возможно, если бы у Леонардо были необходимые материалы, мы бы отмечали не сто, а пятисотлетие первого полёта аппарата тяжелее воздуха».

Анжело д'Арриго (1961–2006) погиб во время аварии двухместного легкомоторного самолёта Sky Arrow 650 TNT, за штурвалом находился его друг, бывший пилот F-104, генерал в отставке.

Согласно легенде, Леонардо да Винчи (1452–1519) прошептал, умирая: «Если что-нибудь из мной написанного будет сделано, скажите мне». Наверное, гениальный инженер догадывался, как это сделать?[48]

И всё же он прожил жизнь счастливо, а ведь страшно подумать, что иной взлёт гения современники принимали за объективную глупость!

3. Универсализация знаний. Междисциплинарный диалог

Физиология вопроса. Асимметрия мозга

«В мире царствует относительная симметрия. Она лежит в основе и нашего восприятия красоты. Природная симметрия тесно связана с действием земной гравитации. Человек в своём анатомическом строении тоже обладает определённой симметрией, это относится и к головному мозгу, состоящему из левого и правого полушарий. Однако анатомическая симметрия мозга отнюдь не сочетается с функциональной…» (Воробьёв, 1989, С. 57–58).

Как мы отмечали ранее, человек ушёл в отрыв от остального животного мира не только по количеству извилин. Серьёзным ноу-хау «Творца» стало как раз разделение функций полушарий, причём с широкой «автономией» каждого из них.

Английский исследователь Тимоти Кроу предположил, что именно асимметрия мозга, то есть несимметричность функций правого и левого полушарий, способствовала появлению речи[49]. Кроу исходит из того, что асимметрия полушарий есть результат генетической мутации. Она способствовала резкому росту мощи мозга, но, одновременно заложила основы серьёзных психических осложнений. Многие люди и по сей день не справляются с управлением асимметричным мозгом. Интеллектуальный локомотив, бывает, съезжает с пути. Происходит своеобразная неврогенная катастрофа. Одна из статей Кроу так и называлась «Is schizophrenia the price that Homo sapiens pays for language?», то есть «Шизофрения — цена, которую homo sapiens платит за речь?»

Но если научиться работать правым и левым полушариями синхронно, вы не только используете генетический потенциал мозга, но и в значительной степени защитите себя от расщепления сознания, характерного для шизофрении.