Чтение онлайн

Традиционные методы обработки металла и других материалов требуют слишком много энергии. КПД токарного станка составляет меньше 0,1% — большая часть энергии переходит в тепло. По мнению Дедала, наиболее экономична с энергетической точки зрения резка стекла: стекольщик делает на стекле царапину и чисто обламывает его вдоль этой линии, затрачивая минимум энергии. При некотором навыке этот способ позволяет резать стекло не только по прямой линии, но и вырезать фигурные детали, отверстия. Трещины могут также распространяться в металлах (случается, что в шторм корабли разламываются пополам); особенно хрупки металлы при низких температурах. Поэтому специалисты фирмы КОШМАР разрабатывают сейчас технологию обработки материалов скалыванием, которая призвана заменить существующие способы механической обработки. Трещина распространяется в металле со скоростью несколько километров в секунду. Чтобы регулировать ее распространение с точностью до миллиметра, управляющая система должна обладать высоким быстродействием (осуществлять операции в течение микросекунд), что для современной электроники совсем несложно. Опытный образец обрабатывающего станка фирмы КОШМАР с помощью пьезострикционных возбудителей создает в заготовке внутреннее напряжение и инициирует распространение трещины с засечки, заранее сделанной в нужном месте заготовки. Дальнейшее распространение трещины направляется по сигналам от фотоэлектрических и тензометрических датчиков. Эти сигналы управляют работой пьезострикционных преобразователей, направляющих распространение трещины подобно тому, как руками можно направлять разрыв газеты по заданной линии. Все происходит в считанные миллисекунды: оператор не успевает моргнуть глазом, как заготовка трескается по заданному контуру и получается готовая деталь. В принципе такой станок позволяет получать детали любой конфигурации. Можно даже, к примеру, взять картину, нарисованную на большой керамической плите, и получить из нее головоломку-мозаику из сцепляющихся друг с другом элементов.

При изготовлении трехмерных деталей трещина должна распространяться в двумерной поверхности, но принцип остается прежним. Специалисты фирмы КОШМАР разрабатывают эту технологию для обработки материалов, достаточно хрупких уже при комнатной температуре, — скажем, для изготовления линз, не требующих последующей шлифовки. Когда эту технологию удастся довести до совершенства, ее можно будет применять также для металлов при низких температурах. Дедал надеется, что в конце концов он сможет наладить, например, изготовление за одну операцию блоков цилиндров из отливки. Помимо скорости и малой энергоемкости этот процесс привлекателен своей безотходностью. Болванки, вынутые из блока цилиндра, могут с успехом использоваться в качестве идеально притертых поршней [39] .

New Scientist, April 22, 1976.

Хрупкий разрыв — настоящее бедствие для инженерных конструкций. Небольшая трещинка в напряженном участке конструкции может распространиться и привести к катастрофическим последствиям. Дедал вспоминает, что большими умельцами по части технологии скалывания были наши предки, жившие в каменном веке. Они довели обработку кремня до высочайшего уровня, неосознанно используя то обстоятельство, что в поверхностном слое большинства кремней скорость звука ниже, чем внутри. Известно, что скорость распространения трещины определяется скоростью распространения звука в твердом теле. Поэтому трещина, направленная под углом к поверхности кремня, преломляется в поверхностном слое и выходит наружу. С кремня при этом скалывается аккуратная чешуйка. Давайте же, призывает Дедал, вернемся к технологии каменного века! Большинство способов поверхностной обработки металлов (науглероживание, азотирование) основано на диффузии атомов легирующих веществ в глубь поверхностного слоя. Дедал занят поисками такого способа поверхностной обработки, который обеспечил бы очень низкую поверхностную скорость звука, чтобы любая трещина, круто преломляясь, выходила обратно на поверхность. Обработанный таким способом металл произведет революцию в технике. Представьте себе подобную деталь на испытательном стенде (или даже в реальной конструкции). Когда напряжения в какой-нибудь точке окажутся выше предела прочности, образовавшаяся трещина не разрушит деталь, а выйдет на поверхность, аккуратно откалывая кусочек с производственным или конструкторским дефектом, в котором сконцентрировано опасное напряжение. В результате нагрузка в этом месте распределится более равномерно и опасность разрушения детали будет устранена. Нагрузки на такую деталь можно повышать до уровня, при котором начинается пластическое течение материала. Пластическое же течение часто играет на руку конструктору: неверно рассчитанная деталь «прирабатывается», упрочняется, а излишняя нагрузка равномерно распределяется между всеми элементами конструкции. Можно сказать, что металл Дедала будет обладать свойством самосовершенствования. В своих мечтах Дедал уже видит новую эру конструирования, когда конструкторы практически останутся без работы, а машины и механизмы будут собираться из кое-как сделанных деталей, которые в процессе работы будут принимать оптимальные формы. Автомобилисты же станут с тихой радостью смотреть на осколки и обломки, сыплющиеся из двигателя.

New Scientist, February 23, 1978.

Пример открытого Дедалом механизма «отвода» трещины в сторону. Под весом кирпичной кладки перемычка окна треснула. Из-за наличия в бетоне каких-то неоднородностей трещина повернула на 90° в сторону. В результате ее распространение стало невозможным и балка не лопнула пополам. 

Выгода от использования автобусов повышенной вместимости имеет, к сожалению, неприятную сторону: долгое ожидание на остановках. Пассажирам было бы удобнее, если бы автобусы были поменьше, но ходили чаще, — но сколько тогда понадобится водителей! А не воспользоваться ли принципом универсама: пусть потребитель обслуживает себя сам. Дедал предлагает, чтобы пассажиры вели автобусы сами. В изобретенном им «транспорте с коллективной ответственностью» (ТКО) перед каждым сиденьем имеется рулевое колесо, рычаги и педали и каждый пассажир с помощью телевизионного экрана может наблюдать за дорогой. Всем пассажирам предлагается принимать посильное участие в управлении. Бортовая ЭВМ собирает сигналы со всех пультов. Она отбрасывает экстремальные значения, исходящие от слишком смелых или не слишком умелых водителей, и ведет автобус в соответствии с усредненным сигналом с остальных пультов. Поэтому индивидуальные отклонения (сигналы, поступающие с пультов лихача или пассажира, желающего подкатить прямо к своему порогу) не учитываются, а движением руководят коллективный опыт пассажиров и их знание маршрута.

Дедал полагает, что такой автобус будет двигаться весьма уверенно, что сделает его исключительно безопасным. Проблемы могут возникнуть в случае, когда ровно половина пассажиров захочет повернуть, скажем, направо, а другая — налево. Учитывая возможность подобной кризисной ситуации, ЭВМ следует обучить распознавать такие опасные бимодальные распределения голосов и самой делать выбор. Популярность игровых автоматов аттракционов-автодромов наводит Дедала на мысль, что пассажиры готовы будут даже платить за право управлять автобусом; это позволит обойтись без кондуктора. У каждого сиденья можно установить кассу и «взвешивать» сигнал, идущий от пульта, соответственно количеству опущенных монет. Тогда скорость, стиль управления и маршрут будут зависеть от тех, кто готов раскошелиться, — в точном соответствии с основным принципом капитализма: прав тот, кто больше платит. Из несогласия между пассажирами можно извлечь немалую выгоду. Барон Ротшильд, выступающий именно за такой принцип планирования научных исследований, будет в восторге.

New Scientist, November 29, 1973

а. Какими характеристиками будет обладать транспорт с коллективной ответственностью?

1. Повышенной точностью управления. Отношение снгнал/шум для суммы N сигналов улучшается в N раз, так что автобус, управляемый 64 пассажирами, будет контролироваться в 8 раз точнее, чем управляемый одним шофером.

2. Статистическим усреднением по распределению контролируемых значений параметров. Типичное распределение сигналов от пультов может выглядеть как на рисунке.

ЭВМ отсекает крайние значения и усредняет остальные. Надежность результата окажется еще выше, поскольку все пассажиры узнают о выборе, сделанном ЭВМ, по тому, как ведет себя автобус. Это весьма напоминает методику научных предсказаний «Дельфы», когда большому числу специалистов предлагается ответить на один и тот же вопрос. Затем их знакомят со сводкой ответов и предлагают еще одну попытку. Такой процесс за небольшое число этапов приводит всех экспертов к единому мнению. Точно так же ТКО будет двигаться очень уверенно и спокойно.

3. Наличием многомодальных распределений. Предположим, что половина пассажиров решает пойти на обгон, а половина хочет остаться в своем ряду. Сигналы, полученные ЭВМ, выглядят тогда так:

На случай таких распределений программа должна предусматривать отбрасывание целой группы сигналов, т. е. выбирать только одно решение. В противном случае ЭВМ могла бы выбрать значение ускорения, необходимое для обгона, а угол поворота колес такой, при котором автобус останется в своем ряду, что неминуемо приведет к аварии. Пассажир, решивший идти на обгон и увидевший, что автобус не слушается его, поначалу станет яростно крутить руль, но быстро сообразит, в чем дело, и начнет действовать в соответствии с принятым ЭВМ решением. В результате движение автобуса будет строго рациональным и устойчивым.

б. Как организовать маршруты ТКО? Простейший метод состоит в том, чтобы вообще не устанавливать автобусных маршрутов и позволить всем автобусам ездить туда, куда пожелают пассажиры. Чтобы предотвратить угон автобуса какой-нибудь группой злоумышленников, потребуется 1) устроить множество остановок, излучающих определенный сигнал, который автоматически останавливает проходящий автобус, чтобы в него могли войти новые пассажиры, и 2) установить электронный заслон, препятствующий выезду автобусов за пределы города. Автобус остановится у городской черты и не двинется дальше, пока в него не войдут новые пассажиры и не поведут его в обратном направлении. При такой организации движения в часы пик автобусы будут курсировать по более или менее традиционным маршрутам, а в прочее время будут функционировать как многоместные такси.

в. Плата за право управления. Это прекрасная задача для теории игр. В часы пик, когда почти всем нужно ехать в одну сторону, по идее один пассажир может платить и везти всех остальных. Но поскольку ему может помешать любой одиночка, пожелавший отклониться от маршрута, у всех пассажиров есть определенный стимул немного заплатить, чтобы застраховаться от случайностей. При других обстоятельствах выгоднее всего, видимо, ехать зайцем и предоставить остальным вести автобус, пока он движется примерно в нужном вам направлении. Если же автобус резко свернет «не туда», то вам придется либо тут же основательно потратиться, чтобы вернуть его на желаемый курс, либо сойти на ближайшей остановке и ждать другого автобуса. Со временем, вероятно, установятся постоянные маршруты, освященные традицией. Темпераментная публика в Риме или Рио-де-Жанейро, несомненно, отдаст предпочтение системе, в которой, кто больше платит, тот и управляет автобусом. Флегматичным же англичанам, видимо, больше будут по душе постоянные маршруты и фиксированная плата за проезд.