Развитие изобретательских идей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М.Ф. Решетнева

ИНЖЕНЕРНОЕ ТВОРЧЕСТВО

РАЗВИТИЕ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ИДЕЙ

Выполнил: студент группы БАПЗУ-1201 Идиятулин Д.А.

Проверил: Мусонов В.М.

Красноярск

2013 г.

Содержание

Введение

1. Изобретатель

2. Методы и решения сложных творческих и изобретательских задач

3. Изобретение как творческий процесс

4. История вещей

Заключение

Интернет ресурсы и список использованной литературы

Введение

Появлению изобретательской идеи способствует подсознательная работа мозга, спонтанная генерация решения из большого числа альтернатив. Спонтанная идея может быть эффективной, дающей право на верное решение, а может быть и ошибочной, причем ошибка обнаружится в процессе реализации этой или нескольких идей. Вследствие этого возникает необходимость возврата назад с целью поиска новых идей. Инвариантные исследования делятся на две категории.

Ряд новых методов проектирования обсуждается и развивается многими специалистами в области научно технического творчества. Оценив традиционные методы, Джон Кристофер Джонс ставит следующие вопросы.

Как решаются сложные задачи при традиционном проектировании?

В каком отношении современные задачи проектирования сложнее традиционных?

Какие межличностные барьеры мешают решению современных задач проектирования?

Почему сложность современных задач оказалась непосильной для традиционного процесса проектирования?

Ответы на поставленные вопросы должны выявить сильные и слабые стороны современных методов и определить, какие из них использовать и от каких следует отказаться.

Вследствие этого выделяются три аспекта, присущие творческой деятельности.

1. Изобретатель

изобретатель творческий тренировка мозг

Изобретатель подобен спортсмену, стремящемуся к победе на Олимпийских играх. Ясно, что для победы необходимо постоянно и настойчиво развивать свои способности на протяжении многих лет. Каковы же основные принципы «тренировки» будущего изобретателя.

Первым делом он должен выработать в себе изобретательский взгляд, иными словами, научиться смотреть на все, что его окружает, спрашивая себя: «А почему это сделано или устроено именно так? Нельзя ли сделать по-другому, лучше?» Это относится к зданиям и мостам, инструментам и кухонной утвари, станкам, дымовым трубам и каминам, самолетам, гребным винтам судов, к водопадам, волнам и ветру как к возможным источникам энергии и к собственному телу (рассматриваемому как механическое и химическое устройство). Изобретатель экспериментирует в процессе любой ручной работы, какую ему приходится делать: моет ли он посуду, копается ли в саду, пилит ли бревна; он всегда задумывается над тем, нельзя ли сделать работу быстрее и лучше, чтобы меньше уставать, экономнее расходовать электричество и воду, равномерно, распределять мускульное усилие между мышцами правой и левой стороны тела. Подобное экспериментирование для изобретателя столь же необходимо, как для ученого работа в физической или химической лаборатории.

Вырабатывание в себе такого подхода к окружающей действительности не только позволяет доискиваться до первооснов того или иного явления или конструкции, но и способствует накоплению полезной информации. Работая над созданием роботов, я внимательно присматривался ко всему, что мне приходилось делать руками, и пытался представить, как мог бы сделать то же самое робот с электронным мозгом. Способность человека к тончайшей координации движений и к оценке возникающих в процессе работы обстоятельств настолько меня потрясла, что я решил заняться телеуправляемыми механизмами, которые постоянно находятся под контролем квалифицированного оператора.

Второе качество, которое обязан выработать в себе изобретатель,-- это уверенность в себе (порой доходящая до наглости); он должен быть убежден, что добьется успеха там, где остальные потерпели неудачу, даже если друзья и подвергают его насмешкам за то, что он берется за непосильную задачу. Такой уверенностью в себе обладают дети, и будущий изобретатель должен пронести это качество через годы учения; если уверенность в своих силах утрачена, ему надо ее восстановить. Самый естественный путь к этому -- постоянно изобретать разного рода полезные штуки для повседневной работы: различные приспособления для письменного стола, для кухни, для занятий в часы досуга, для домашней мастерской. В процессе конструирования таких приспособлений изобретатель поймет, что на пути от первоначальной идеи к работоспособному изделию конструкция непременно претерпевает существенные изменения.

Третье качество, которое должен воспитывать в себе изобретатель,-- настойчивость; именно настойчивость поможет ему преодолеть неудачи и трудности, которые обязательно встречаются на пути к новому. Всегда может случиться, что в ходе экспериментирования возникнет какое-то серьезное непредвиденное препятствие. Вот здесь-то изобретатель и должен трезво, не поддаваясь отчаянию, уяснить для себя: результат ли это принципиальной ошибки, заложенной в исходной идее, или эту трудность можно преодолеть за счет изменения конструкции или вспомогательного изобретения. Как правило, изобретателя поджимают время и деньги; в такой ситуации только он один способен принять верное решение. Он должен смотреть правде в глаза: с одной стороны, не отвергать с ослиным упрямством очевидные факты, а с другой -- не давать отчаянию разрушить веру в собственное изобретение, если идея действительно того заслуживает. Если изобретатель знает заранее, что его ждут трудности, ему легче будет с ними справиться.

Упорству и настойчивости помогает и глубокое внутреннее убеждение в том, что работа над данным изобретением полностью оправдана с моральной и общественной точки зрения и что изобретение представляет ценность для человечества. Путь к этому лежит через то, что Уильям Джеймс назвал «моральным эквивалентом войны»,-- обретение той решимости, какая бывает у человека в военное время. Вот почему важно выбрать для себя такую задачу, которая, по убеждению изобретателя, важна для человечества.

Далее, изобретатель должен научиться пользоваться своими творческими способностями, иными словами, познать самого себя. Прежде всего для этого нужно понять, когда и при каких обстоятельствах он наиболее активен творчески. У каждого одаренного человека бывают периоды, когда он находится в «супернормальном» состоянии: голова полна всяческих новых идей, а все внутренние помехи -- усталость, лень и т. п.-- отступают под натиском энергии и энтузиазма. У разных людей это бывает в разное время суток. Одни просыпаются среди ночи оттого, что их осенила идея, другим думается лучше всего ранним утром, третьим -- ближе к полуночи. Способность мыслить связана с физическим состоянием организма и положением тела -- помогают удобная, расслабленная поза (не следует сидеть скрючившись или развалясь), не слишком полный желудок, не слишком большая усталость, прогулка на свежем воздухе (пожалуй, пешие прогулки лучше всего способствуют желаемому состоянию). Все это помогает, но, разумеется, автоматически не приводит человека в наилучшее состояние для творческого процесса.

Эксперименты, о которых рассказывал журнал «Сайентифик Америкэн», показывают, что люди, занимающиеся трансцендентальной медитацией, способны приходить в такое состояние, когда ритмы мозга становятся более регулярными и спокойными, о чем свидетельствуют электроэнцефалограммы. Следовательно, посредством внутреннего контроля над собой можно добиваться различных состояний умственной активности.

Важным показателем творческого состояния служит «отключение» самокритики, которая обычно мешает новым идеям появиться на свет. Многие из родившихся мыслей не выдерживают последующей проверки, однако среди них будут и такие, которые можно развивать дальше. Поэтому нужно научиться подавлять в себе критическое начало, по крайней мере до тех пор, пока идея не выразится в эскизе на клочке бумаги или в нескольких словах, указывающих, в каком направлении следует искать решение задачи. Критика заглушается сознательным усилием воли. Нужно сказать себе: «А не может ли решение находиться там-то?» -- и двигаться в этом направлении, отбросив все внутренние возражения.

Рассказывают, будто мысль о расположении атомов углерода в бензольном кольце химику Кекуле пришла в голову, когда он был слегка навеселе. Он ехал на верхней площадке двухэтажного автобуса, и ему вдруг представилась змея, кусающая себя за хвост. Бесспорно, небольшое количество алкоголя действительно расслабляет внутренние тормоза. Но вместе с тем у большинства людей, алкоголь притупляет остроту мышления, так что идея, которая в состоянии опьянения казалась прекрасной, оказывается несостоятельной при отрезвляющем свете дня.

Изобретатель обязан овладеть искусством мобилизовать для творчества всю свою эмоциональную энергию, т. е. подходить к проблеме с такой целеустремленностью, как если бы от ее решения зависела его жизнь. Вот почему самые крупные изобретения делаются людьми, отчетливо сознающими их необходимость. У большинства людей творческое состояние ума неразрывно связано с физическим здоровьем.

Творческая активность, несомненно, требует от человека огромного запаса эмоциональной энергии, которая позволяет оптимистически смотреть на вещи и тем самым избавляет изобретателя от пессимизма (вызванного, в частности, скептическим отношением окружающих или кажущейся неразрешимостью задачи). Правда, известны случаи, когда человеку больному или переутомленному или же находящемуся в состоянии нервного стресса удавалось найти в себе достаточно сил, чтобы сделать изобретение или совершить иной творческий подвиг. Но бесспорно одно: если вы хотите добиться успеха, вам следует следить за собственным здоровьем не меньше, чем спортсмену, который готовится к ответственным соревнованиям. Действие различных снотворных средств, алкоголя и даже таких стимулянтов, как крепкий кофе, накапливается в организме и притупляет остроту мышления. Ежедневная длительная прогулка (желательно в тени деревьев) поможет восстановить необходимый запас эмоциональной энергии. А излишества в еде вредны не только для тела, но и для ума. На своем собственном опыте я убедился, что сытная еда мешает творческому процессу: когда я придерживался легкой диеты, удачные идеи чаще приходили мне в голову и было проще работать над статьями, требующими ясного конструктивного мышления. Сказанное подтверждается и опытом других людей, которым требовалась предельная ясность мысли для решения особенно трудных задач.

Пятое качество, которое должен развивать в себе изобретатель,-- это способность доискиваться до сути проблемы; ему необходимо уметь создать простейшую мысленную модель системы, которую он стремится улучшить. Эта модель не должна содержать ничего лишнего, только самые существенные элементы. Невозможно работать над изобретением, мысленная модель которого содержит массу второстепенных деталей и настолько сложна, что не представляется цельной. Необходимо знать основные законы природы, преступить которые не следует пытаться (всем нам приходится регулярно получать проекты «вечных двигателей» от полных радужных надежд изобретателей, никогда не слышавших о началах термодинамики). Однако не следует и слепо крушить этими законами наполовину оформившуюся свежую мысль. Наконец, совершенно необходимым качеством для будущего изобретателя является способность думать руками. Все великие изобретатели постигали это искусство, когда работали в своих домашних мастерских и лабораториях. Только чистый математик способен обойтись без этого качества, изобретателю же без него никогда не удастся изобрести что-то такое, что можно было бы претворить в жизнь.

2. Методы и решения сложных творческих и изобретательских задач

Трансформация сложной задачи один из непременных атрибутов преобразования, которое после упорядочивания элементов и связей между ними, задача получает ясное и четкое представление. Например упорядочивание и систематизация при решении некоторых творческих задач, является диаграмма причин и результатов, получившая в Японии название «рыбий скелет». Образец приведен ниже. Эта диаграмма представляет отдельные проблемы решаемой задачи, разделив их на большие, средние и малые. Образное представление позволяет лучше сконцентрировать внимание на постановке задачи и её последующем решении.

Та же самая схема после проведения упорядочения (проведена смена «установки».

Артур Кёстлер в своих книгах, в частности в книге «Акт творчества», вводит для анализа творческого процесса понятие «бисоциации», которое он определяет как решение задачи в одной области взаимосвязанных идей путем привнесения в эту область идеи из совершенно иной сферы. Изобретение нового процесса или прибора -- процесс, в такой же степени творческий, как и создание научной гипотезы, объясняющей экспериментальные наблюдения, поэтому метод Кёстлера, безусловно, применим к анализу изобретений. Всем хорошо известна история о том, как Архимед выпрыгнул из ванны с криком «Эврика!», когда придумал способ измерения объема царской короны, чтобы определить, золотая она или медная. Вот достойный пример изобретения, основанного на приложении к практической проблеме научного наблюдения, которое до тех пор с этой проблемой не связывалось. Многие, если не все, изобретения, можно подвести под понятие «бисоциации» в том смысле, что они решают, казалось бы, неразрешимую практическую проблему с помощью идеи, которая хорошо известна в какой-то другой области, но к которой, нельзя прийти путем логических построений или систематического поиска в наперед заданной области знаний (такой поиск мог бы осуществить и компьютер).

Близкая к кёстлеровской идея содержится и в высказанной Эдвардом де Боно концепции «побочного мышления», под которым он понимает отход в рассуждениях от нормальной цепи логических построений.

Свою мысль де Боно иллюстрирует на примере девочки, попавшей в руки злодея. Последний принуждает ее вытащить свой жребий из мешка, в котором, по его словам, находятся три белых и три черных камушка. Обнаружив, что на самом деле все камушки в мешке черные, девочка вытаскивает один и тут же его выбрасывает, а затем утверждает, что вытащила белый. Злодею ничего другого не остается, как согласиться с ней, иначе его обман будет раскрыт.

С нашей точки зрения, обе рассмотренные концепции относятся лишь к работе интеллекта, между тем как для подлинного изобретения необходимо участие эмоций и физического мышления. Под «подлинным изобретением» в этой книге понимается идея, способная привести к созданию устройства (механического, электрического или электронного), использование которого по-новому и гораздо лучше удовлетворяет некоторую человеческую потребность. Поэтому изобретение неотделимо от серьезного желания найти способ лучшего удовлетворения той или иной потребности человека и понимания физических и технических закономерностей и принципов не только умом, но и «на ощупь», т. е. руками и глазами. Лишь совокупность всех перечисленных условий позволит создать практически полезную конструкцию.

Всякий, кто сделал хотя бы небольшое изобретение, способен оценить важность работы эмоциональной сферы. Изобретатель должен начинать работу с твердой верой в успех, сколько бы ему ни твердили 66 ожидающей его неудаче или о том, что до него над подобной затеей работали куда более умные люди. Он также должен быть совершенно уверен в важности решения поставленной задачи -- это даст ему необходимые нравственные силы. Ему придется искать не одно решение, а целое множество оригинальных идей, поскольку большинство из них придется отвергнуть либо по причине их ошибочности, либо потому, что они сопряжены с такими побочными явлениями, которые сведут на нет их потенциальную ценность. С другой стороны, сама идея поначалу может показаться нереальной, но в результате дальнейших эмоциональных усилий появится новое изобретение, которое устранит первоначальные затруднения. Будущему изобретателю непременно придется пережить моменты уныния, когда и ему самому проблема будет казаться неразрешимой или когда идея -- его любимое детище -- при дальнейшем рассмотрении окажется незаслуживающей внимания. Успеха добьется лишь тот, у кого хватит сил продолжать борьбу, даже когда исход ее кажется безнадежным. И великие изобретатели прошли через такие трудности; пусть это послужит утешением для молодого человека, поставившего перед собой цель найти оригинальное решение проблемы.

Процесс изобретательства всегда эмоционально окрашен; иными словами, подготовка к нему заключается не только в выяснении конкретной задачи, которую вы намерены решить, но и в получении твердой уверенности, что задача эта действительно заслуживает усилий. В наши дни намерение составить себе состояние на оригинальном изобретении уже не является достаточной побудительной силой по двум причинам. Во-первых, изобрести что-то, на чем можно было бы нажить капитал, сейчас неизмеримо сложнее, чем в прошлом веке. В те времена промышленная революция стремительно открывала возможности для создания новых инструментов, машин, материалов, и предприимчивый изобретатель имел реальную возможность обеспечить себе материальное благополучие. Сейчас же даже в таких быстроразвивающихся областях, как электроника, полупроводниковая техника, электронные вычислительные машины, работы ведутся коллективно, и у изобретателя-одиночки мало шансов на успех, если он лишен правительственной или иной солидной поддержки.

Во-вторых, промышленная революция дошла уже до той точки, когда-то, что сулит экономическую выгоду, не всегда приносит пользу человечеству; виной тому такие факторы, как безработица или работа, не дающая удовлетворения, загрязнение окружающей среды, шум, истощение природных ресурсов, гонка вооружений, разрыв между промышленно развитыми и развивающимися странами и т. д. Если побудительным мотивом к изобретению оказывается личная выгода, то изобретателя неизбежно будут одолевать сомнения относительно социальной значимости его работы. Если, например, он пытается создать роботов, способных снизить себестоимость продукции, то он не может не задуматься над тем, как повлияет его успех на рост безработицы.

Эмоциональный аспект изобретательского творчества можно проиллюстрировать образной аналогией, уподобив изобретателя всаднику на норовистом коне, который скачет по полю, окруженному высокой изгородью. Всадник твердо намерен выбраться на волю и без устали направляет коня на полном скаку на изгородь, но всякий раз изгородь оказывается слишком высокой, и конь отказывается прыгать или же прыгает и терпит неудачу. Однако, если всадник решителен и настойчив, он в конце концов найдет в изгороди место пониже, заставит коня перескочить через нее и окажется на свободе.

О важности физического эксперимента в изобретательском творчестве можно судить по примерам из жизни великих изобретателей. Все они в молодости возились в мастерских или в домашних лабораториях, где ставили различные опыты и мастерили полезные штуки для дома. (В качестве довольно курьезного примера можно сослаться на паровую детскую коляску Парсонса.) При этом они овладевали опытом практического конструирования, учились «ощущать» прочность и жесткость конструкций. Замечательным примером способности к пространственному мышлению служит мастерство Фуллера, создателя сложных жестких пространственных конструкций: геодезических куполов, решетчатых мачт и жестких тетраэдрических перекрытий. Понимание того, как «работают» те или иные конструкции, позволяет изобретателю мысленно представить себе в действии приборы, над которыми он трудится,-- ключ к этому дает лишь его собственный опыт. Когда студентом я изучал физику в Кавендишской лаборатории, то на лекциях Резерфорда меня более всего поражала его способность мысленно строить модели структуры атома исходя из собственного опыта. Модель атома была создана главным образом на основе практического опыта, тогда как общая теория относительности была разработана Эйнштейном как приложение определенного математического аппарата к объяснению физической реальности. Возможно, поэтому ему так и не удалось в последующие пятьдесят лет создать единую теорию электромагнетизма и гравитации.

Следующий этап -- экспериментальная проверка теоретических выводов. С этой целью проводится experimentum criicis -- решающий эксперимент, призванный либо окончательно подтвердить, либо опровергнуть теорию, по крайней мере на данном отрезке времени. Только в том случае, если изобретатель убедится, что научная теория, воплощенная в изобретение, послужит более полному удовлетворению человеческой потребности, мы вправе говорить о том, что наука дала практические плоды. Закон Менделя был применен для выведения ценных сортов пшеницы, фруктов и овощей, но для этого потребовалось вмешательство изобретателя, который понимал,, что новые свойства окажутся полезными. Специальная теория относительности содержала идею о том, что массу можно превращать в энергию, но практическую реализацию этой идеи невозможно было предвидеть до тех пор, пока через тридцать лет не удалось расщепить ядро урана. Помнится, как во время второй мировой войны я позвонил своему бывшему заведующему учебной частью в Кембридже и спросил у него, можно ли получить энергию из атомного ядра (директор Британской научно-исследовательской ассоциации по исследованию угля, где я в то время работал, как раз готовил доклад о перспективных источниках энергии). Ответ был весьма уклончив, а между тем в то время он работал над секретным проектом Тьюб-Элойз (кодовое название работ, связанных с созданием атомной бомбы).

Мы обязаны нанести удар по снобизму представителей «чистой науки». Они любят подчеркивать фундаментальность чистой науки в противовес прикладным наукам и технике, которые, с их точки зрения, являются дисциплинами поверхностными и занимаются лишь простыми задачами, значение которых преходяще. Это все равно что игнорировать верхнюю левую и нижнюю правую части нашей диаграммы, . так что «чистый» ученый ставит себя в нижнюю левую ее часть, оставляя для инженера верхний правый угол. Изобретателю, мол, нет нужды быть знакомым с основополагающими научными теориями, его дело -- работать над созданием практически полезных устройств, основываясь на общих, поверхностных представлениях о природе вещей. Спору нет, многие изобретатели успешно шли по этому пути, однако в нашем распоряжении имеется множество примеров изобретений, которые начинались с глубокого научного понимания сути явления и проходили через стадию основательного инженерного экспериментирования (ему соответствует нижняя правая часть диаграммы). Электронная лампа была разработана на основе представлений о поведении облака электронов в вакууме; рекомбинационная сварка Лэнгмюра основана на теории диссоциации; создание атомных электростанций стало возможным после того, как были измерены эффективные сечения различных ядерных реакций; изготовление транзисторов и других полупроводниковых приборов было бы невозможно без фундаментальных исследований свойств полупроводников.

3. Изобретение как творческий процесс

Мы исходим из того, что любая творческая, в частности изобретательская, деятельность подчиняется закону, который по своей природе не является ни случайным (казуальным), ни причинно-следственным (каузальным). По сути дела, мы считаем, что жизнь человека в различные моменты подчиняется трем различным законам.

1. Закону случайности подчиняются случайные события, вызванные стечением различных независимых обстоятельств. В качестве утрированного примера можно привести кирпич, падающий на голову идущего по улице человека. В физике этот закон получил признание в первой четверти текущего столетия, когда в дополнение к классической физике с ее причинно-следственными связями была разработана квантовая механика. Элемент случайности может быть введен в программу счетно-решающей машины.

2. Закон причинности отражает логические следствия действий человека. Если есть слишком много -- растолстеешь, если выпить слишком много -- опьянеешь. Этот закон заложен в основу действия счетно-решающих машин, во всяком случае, когда они исправны. В приложении к человеческому мышлению -- это цепочка логических умозаключений, которая настолько объективна, что приводит любого человека к одному и тому же выводу. К этой категории относятся все законы классической физики.

3. Свобода воли -- возможность для человека осуществлять свободный выбор или принимать решение, которое заранее невозможно предсказать, поскольку это решение не является прямым логическим следствием предшествующих событий; не является оно также и случайным. Внимательно анализируя свои поступки, всякий может убедиться в том, что по крайней мере в мелочах он имеет подлинную свободу выбора, хотя пользуется ею крайне редко. Многие слова в языке относятся именно к проявлению в человеке свободной воли: смелость, самодисциплина, самоконтроль, решительность, настойчивость, сила воли, внутренняя борьба. Единственным примером этого закона в физике служит «демон Максвелла», способный регулировать энтропию системы, открывая и закрывая маленькую дверцу и разделяя тем самым молекулы газа на молекулы с высокой и низкой энергиями. Это довольно показательный пример действия закона свободной воли: именно он позволяет творчески одаренному человеку создавать порядок из хаоса. Реализовать «демона Максвелла», разумеется, нельзя, поскольку человеческое сознание, необходимое для проявления свободной воли, не может «существовать» на микроскопическом уровне.

Стоит нам признать, что хотя бы иногда мы живем, подчиняясь закону свободной воли, и мы готовы к внутренним переменам: мы способны, принимая на первых порах незначительные решения, готовить себя к принятию серьезных решений. Подобно художнику, готовящему себя к созданию полотен, которые он хочет написать, будущий изобретатель может готовить себя к изобретению тех вещей, которые он хочет изобрести. Наша книга в значительной степени посвящена методам такой самоподготовки.

Творческая деятельность ученого, работающего в области чистой науки, время от времени приводит его к созданию новой гипотезы, позволяющей глубже понять наблюдаемые явления, или к установлению того факта, что неожиданный результат проводимых им опытов -- не просто проявление «закона природной подлости», а новый, до сих пор неизвестный феномен. Истинный художник постоянно стремится к творческим открытиям, но лишь временами ему это удается. В свою очередь изобретатель бьется в поисках подлинно оригинальной идеи, которая позволила бы удовлетворить одну из практических потребностей человека.

Вот некоторые принципы, которые, существенны для изобретения и знание которых может помочь будущему изобретателю в его работе.

1. Задача, требующая подлинно изобретательское го решения, представляется неразрешимой всем, кроме изобретателей подлинно творческого склада. Но те задачи, решить которые действительно возможно, лишь на первый взгляд противоречат законам природы или известным свойствам материалов: все дело в том, что эти законы или свойства трактовались неверно. Таким образом, изобретатель прежде всего должен работать над формулировкой задачи. При этом следует искать такую формулировку, которая не только допускала бы решение задачи, но и вела к главной цели.

2. Можно начать с открытия какого-либо природного явления, с тем чтобы найти для него применение в дальнейшем. Но гораздо более ценным нам представляется путь, когда изобретатель видит некую человеческую потребность и пытается найти лучший способ удовлетворить ее. Для меня бесспорно, что, если человек . не отдает себе ясного отчета, какую насущную проблему можно решить с помощью новых знаний, не стоит и стараться овладевать этими знаниями. В подтверждение своей мысли сошлюсь на пример «открытия ради открытия». Я имею в виду силиконовую «скачущую замазку», вещество, обладающее удивительными свойствами: при быстром воздействии оно очень упруго, при медленном приложении усилия текуче. Но за четверть века замазке не удалось найти достойного применения, несмотря на многочисленные работы в этом направлении и объявленные конкурсы.

Другой пример -- работа голландца Рейнста. Однажды, будучи еще студентом в Цюрихе, Рейнст уронил зажженную спичку в банку из-под варенья, на дне которой было немного метилового спирта. Он заметил, что спирт загорелся не ровным пламенем, а стал производить быстро следующие друг за другом вспышки; после каждой вспышки в банку втягивался воздух. Очень скоро Рейнст нашел способ поддерживать такие осцилляции в течение длительного времени и решил, что таким путем можно добиться интенсивного сгорания топлива и большой скорости истечения продуктов горения без применения воздушного компрессора. Этот принцип позволял также получить высокий коэффициент передачи тепла стенкам камеры, поскольку колебания скорости газов имели большую амплитуду. Всю дальнейшую жизнь Рейнст посвятил поиску практического применения своего открытия, главным образом для паровых котлов и авиационных двигателей. Ему не удалось добиться успеха -- отчасти из-за консерватизма промышленности, но, вероятно, в гораздо большей степени из-за того, что преимущества открытого им способа сжигания топлива в постоянном объеме без компрессора бледнели перед недостатками: высоким уровнем шума, неполным сгоранием топлива, невозможностью контролировать аэродинамический характер потока истекающих газов.

Этот печальный пример свидетельствует не только о том, что работу следует начинать не просто с интересного наблюдения, а с ясно осознанной потребности в ней, но и о том, что в изобретательском деле очень опасно полностью концентрироваться на каком-либо одном проекте: в доведении изобретения до коммерческой стадии всегда присутствует элемент случайности. Я знал двух изобретателей, которые до конца жизни так и не добились успеха со своей «idee fixe».

Все ситуации, когда то или иное научное открытие (например, что ядерная реакция может поддерживаться нейтронами, которые выделяются в процессе деления ядер) или наблюдение (например, образования стеклянных бусин после большого костра из водорослей на песке) способствовали появлению изобретений, объясняются только тем, что какая-либо насущная человеческая потребность до тех пор не получила надлежащего удовлетворения. Деление ядер в цепной реакции немедленно повлекло за собой открытие почти неисчерпаемого источника дешевой энергии (который и тридцать лет спустя не используется в полной мере), а пристрастие к украшениям было столь же сильно несколько тысячелетий назад, когда было изобретено стекло, как и в наши дни.

Настоящая глава посвящена именно тому изобретательскому методу, которому следовали оба автора этой книги: от четкого определения насущной потребности человечества к изобретению устройства, которое сделало бы заметный шаг вперед либо к лучшему удовлетворению этой потребности, либо к уменьшению связанных с этим нежелательных побочных эффектов (в частности, загрязнения окружающей среды, шума, чрезмерных энергетических затрат).

3. Нередко случается, что задача имеет два и более различных решения (вот почему творческие задачи представляются нам интереснее логических, ведущих к единственному решению). Каждое из этих решений может обладать своими достоинствами и недостатками. Так, среди конструкций самолетов с неподвижной несущей плоскостью монопланы и бипланы существовали бок о бок на протяжении трех десятилетий, пока растущие скорости и появление новых конструкционных материалов не выявили безусловного преимущества моноплана. Аналогичное соревнование шло между авиационными газотурбинными двигателями с осевыми и радиальными компрессорами; в настоящее время из-за необходимости экономить горючее победу одержал вентиляторный осевой компрессор. Еще один пример -- мартеновский и бессемеровский способы производства стали. Примерно до 1950 года для массового производства стали предпочтение отдавалось мартеновским печам, однако сейчас конвертерный метод применяется шире, так как он имеет гораздо большую производительность. Наконец, можно вспомнить карбюраторный и дизельный двигатели: каждый из них имеет свою сферу применения, однако растущая нехватка нефти и загрязнение окружающей среды свинцом приведут, вероятно, к тому, что дизель получит более широкое распространение.

Из всего сказанного следует, что изобретателю нередко имеет смысл познакомиться с менее удачными проектами и выяснить, нельзя ли сделать такое усовершенствование, которое позволило бы приспособить их к постоянно меняющимся нуждам человечества. Не исключено, что эти проекты подскажут изобретателю его собственный новый подход.

4. Когда идея какого-либо крупного изобретения «висит в воздухе», над ним могут работать (и, возможно, не без успеха) одновременно несколько человек. Это объясняется тем, что потребности людей ясны многим, так же как многим известны материалы и физические явления, которыми можно воспользоваться для удовлетворения этих потребностей, хотя научная теория нередко появляется значительно позже (достаточно вспомнить изобретение стекла). Эдисон и Сван одновременно работали над лампой накаливания и независимо друг от друга добились практических результатов. В начале нашего века успеха с паровой турбиной добились Парсонс и Рато; во время второй мировой войны газотурбинные двигатели были созданы изобретателями в Италии и Германии независимо от Уиттла. Многие изобретатели искали способ заменить поршень в двигателе внутреннего сгорания вращающимся ротором, но лишь двигатель Ванкеля был доведен до промышленного образца.

Я склонен считать, что в наши дни изобретателю невозможно добиться успеха в таких популярных областях, если у него нет финансовой поддержки в размерах, сравнимых со средствами, которые крупные компании ассигнуют на исследовательскую работу. Моя собственная работа над телеуправляемым «шахтером» окажется безрезультатной, если я не буду располагать на протяжении нескольких лет ассигнованиями, выражающимися шестизначной суммой.

5. Сколько-нибудь значительное изобретение нельзя ни запланировать, ни учесть в бюджете. Возможно, изобретение не состоится или окажется таким, что «разглядеть за лесом деревья» будет под силу лишь большой исследовательской лаборатории. С другой стороны, лаборатория такого масштаба может предложить совершенно неожиданную идею, открывающую новые возможности вне области ее непосредственных интересов. Как бы то ни было, в случае появления многообещающей идеи ее разработку и финансирование следует тщательно планировать, причем эти планы должны постоянно пересматриваться.

6. У всякой подлинно творческой личности бывают дни отчаяния и безнадежности -- как до рождения оригинальной мысли, так и после. Настоящий изобретатель должен научиться не терять при этом энтузиазма и верить в успех своей затеи.

7. Принцип «разделяй и властвуй» применим и к сфере изобретательской деятельности. Нужно уметь выделять центр тяжести проблемы и постоянно совершенствовать это умение. Не пытайтесь одним махом разрешить все проблемы.

8. После того как вам в голову придет стоящая идея, пользуйтесь методом последовательных приближений. Не следует конкретизировать идею больше, чем это нужно для того, чтобы перейти к следующему этапу работы. Всегда оставляйте для себя как можно более широкий выбор. Именно таким путем идет, например, художник-пейзажист: прежде чем положить на холст краски, он делает грубый набросок. Детали вырисовываются лишь в третьем приближении. Нужно соблюдать правильную очередность: не следует, например, обращаться к экономической стороне дела, пока не будет ясна инженерная. Не следует даже думать об очередном вопросе, пока не решен предыдущий.

Правильный порядок вопросов, на которые предстоит ответить изобретателю, следующий:

Не противоречит ли его идея законам природы?

Может ли изобретение работать и будет ли достигнута желаемая цель?

Может ли изобретение работать с достаточной скоростью, производительностью и т. п.?

Можно ли осуществить его из известных материалов и с помощью существующей технологии?

Будет ли оно надежным и простым в эксплуатации?

Можно ли им управлять, а при необходимости регулировать и настраивать?

Только ответив на эти вопросы, можно переходить к экономике:

Будет ли изобретение достаточно дешевым?

Какова стоимость его эксплуатации и обслуживания?

Каким будет срок службы?

Как часты будут поломки и будут ли они иметь катастрофические последствия?

Экономические вопросы следует рассматривать вместе, поскольку они взаимосвязаны. Так, например, можно согласиться на удорожание изготовления, если при этом увеличится срок службы устройства или уменьшится вероятность его выхода из строя.

Первый шаг в изобретении -- выбор того, что вы хотите изобрести. Сам я предпочитаю иметь целую коллекцию задач, которые, по моему мнению, заслуживают нового решения. С этой целью у меня заведен большой блокнот, в котором каждой проблеме отведено по страничке; здесь я делаю различные пометки. Я также держу эти проблемы в голове и порой нахожу решения, глядя вокруг «изобретательским взглядом». Это не мешает мне сосредоточиться над интересующей меня проблемой. У меня вошло в привычку обсуждать те или иные проблемы с заинтересованным собеседником -- когда вновь формулируешь задачу и отвечаешь на вопросы, нередко в голову приходят новые решения; в то же время высказываемые собеседником предложения подтверждают существование множества неисследованных возможностей. Разумеется, может случиться, что собеседник подскажет готовое решение, и в этом случае его заслуга должна быть безусловно признана. Особенно ценным бывает обсуждение задачи со специалистами других профилей и вообще вне научного круга, Они могут подсказать идею из другой области науки или из практики древних цивилизаций и даже первобытного человека. Современная техника с ее расточительным отношением к дешевой энергии, природному сырью, с безразличием к загрязнениям окружающей среды нередко пренебрегает этими идеями. Изобретатель никогда не может быть уверен в том, что он держит в голове всю необходимую информацию; не может он и слишком надеяться на то, что ему под руку попадется устройство, которое подскажет решение проблемы.

Иногда случается встретить печатное сообщение о каком-либо научном наблюдении, дающем ключ к решению задачи, над которой думает изобретатель. Сошлюсь на собственный пример. Я не занимался целенаправленно проблемой прямого преобразования энергии сгорания топлива в электричество. Но когда мне встретилось сообщение о том, что выдуваемые из стеклянного сопла струей воздуха мелкие частицы кремнезема заряжены отрицательно и прибор представляет собой, по сути, электростатический генератор, я немедленно связал это с возможностью преобразования кинетической энергии истекающих из сопла продуктов сгорания топлива в постоянный ток, что и привело меня в конце концов к магнитогидро-динамическому генератору.

Опыт убеждает меня в том, что викторианская манера тщательно скрывать свою идею и не рассказывать о ней никому до тех пор, пока она не будет запатентована и претворена в жизнь, совершенно не годится для второй половины XX века, поскольку сейчас опасность представляют не столько те, кто способен украсть идею и самостоятельно осуществить ее, сколько те, кто мог бы помочь в ее реализации, но слишком погряз в существующих концепциях и не склонен прикладывать усилия к развитию новых методов. Я, к примеру, на протяжении пятнадцати лет твердил о необходимости создания механического «крота» для работы в шахтах, но до сих пор не получил поддержки горных инженеров, которые не в состоянии даже вообразить возможность разработки подземных залежей без того, чтобы в шахту спускались люди. Даже успех советских ученых, создавших телеуправляемого робота, который, подчиняясь командам с Земли, добыл образцы лунного грунта, не убедил горняков. Эта идея сможет получить развитие лишь тогда, когда нехватка угля доведет Совет углепромышленников или министерство угля до такой степени отчаяния, что они решатся на почти безнадежный, по их мнению, шаг.

Необходимо всеми силами стараться избегать того, что мы называем «фактором ИНН» (Изобретено Не Нами). Нужно быть готовым к сотрудничеству и признавать заслуги людей, внесших ценный вклад. Цель изобретателя должна заключаться не в том, чтобы найти свое личное решение задачи, а в том, чтобы найти для этой задачи хорошее решение. Может случиться, что людям по долгу службы приходится работать над какой-либо одной конкретной проблемой или же их личные интересы сконцентрированы на одной проблеме и они предпочитают в работе над изобретением иной метод, нежели используемый мною метод «группы проблем». Но и в этом случае «изобретательский взгляд» и частое «вентилирование» проблемы на лекциях и во время дискуссий по-прежнему оказываются весьма полезными. И в любом случае для того, чтобы накопить необходимую для изобретения внутреннюю энергию нужно сконцентрировать свои усилия на конкретной задаче.

Когда задача выбрана, следует сформулировать основные «правила игры». Эти правила можно представить в виде ответов на следующие вопросы:

1. Что является главной целью изобретения: уменьшение расхода горючего, экономия конструкционных материалов или достижение принципиально нового качества (например, впервые обеспечить человеку возможность летать); обеспечение большей безопасности, упрощение эксплуатации и обслуживания, увеличение надежности?

2. Что является дополнительной целью изобретения -- например, чтобы изобретенное устройство во всех прочих отношениях (помимо главной цели) было по крайней мере не хуже существующих или чтобы стоимость его была не более чем на 20% выше, если главной целью изобретения является увеличение срока службы втрое?

3. Каковы ограничения, накладываемые на решение задачи? Именно здесь исходные положения могут оказаться слишком жесткими, и, найдя возможность ослабить одно из неоправданно жестких требований, изобретатель нередко может открыть путь оригинальной идее. Половина дела в изобретении -- ясная формулировка цели, которой пытается добиться изобретатель, поскольку очень часто в существующих системах содержатся ставшие традиционными ограничения, которые без ущерба для дела можно отвергнуть. С другой стороны, нередко обнаруживается, что исходные ограничения сдерживают полет мысли изобретателя, особенно если эти ограничения наложены кем-то со стороны, кого мы можем назвать «заказчиком». Один из основных принципов изобретения мы тогда сформулируем так: «Заказчик всегда неправ». Он, как правило, стремится сделать правила игры неоправданно строгими -- то ли оттого, что в силу собственного консерватизма подсознательно надеется, что изобретатель же справится с задачей, то ли потому, что неспособен увидеть чрезмерную жесткость накладываемых ограничений.

Таким образом, нельзя сделать изобретения, если с самого начала не выявить в правилах игры такое, которое можно было бы «ослабить» без ущерба для главной цели. Очень часто заказчик предъявляет экономические требования: например, чтобы устройство было пригодным для массового производства из недорогих конструкционных материалов. Эти трудности изобретатель должен преодолевать с помощью принципа «разделяй и властвуй». Другими словами, он выбирает одно из правил за основное и работает над этой частью проблемы до тех пор, пока ему не удастся найти удачное решение.

Итак, изобретателю предстоит формулировать правила игры снова и снова, пока он не выделит самую важную часть задачи, требующую изобретательского решения, и не смягчит те правила, которые необоснованно жестки.

Можно найти примеры описаний этой стадии процесса самими изобретателями. Эдисон постепенно пришел к мысли о том, что дуговую лампу, питаемую большим током, который поступает по толстым медным проводам от близко расположенного генератора, можно заменить лампой накаливания с большим внутренним сопротивлением и малым потребляемым током. Королевская комиссия в Великобритании, поддерживаемая газовыми компаниями, заявила, что Эдисон пытается идти против закона Ома. Однако Эдисон, в процессе своих экспериментов с телеграфом изучивший поведение тока в цепях гораздо лучше членов Королевской комиссии, не отказался от чрезвычайно трудной задачи найти такую нить накаливания, которая разогревалась бы достаточно сильно, чтобы излучать яркий свет, и в то же время не перегорала бы слишком скоро.

Парсонс знал, что можно создать паровой двигатель с вращающимся ротором без клапанов и поршней, в котором пар действовал бы на лопатки турбины так же, как ветер на крылья мельницы. Он также понимал, что для создания перепада давлений пар должен расширяться, так что главная изобретательская задача заключалась в поиске оптимальной формы неподвижных и вращающихся лопаток.

Третий шаг на пути к изобретению -- накопление эмоционального заряда, способного подавить собственные внутренние возражения и предрассудки и открыть путь новой идее. Нужно думать о том значении, которое может иметь для человечества решение поставленной задачи, и стараться отмести все свои сомнения -- не подавляя их и не игнорируя, а убеждая себя в возможности найти такое решение, которое не вызовет подобных сомнений. Здесь особенно уместна аналогия с всадником на поле, окруженном высокой изгородью: перескочить через изгородь удастся лишь тогда, когда и всадник, и конь убеждены, что на сей раз они с этим справятся.

Укрепив свою решимость, постарайтесь избавить себя от предвзятых мнений, забыть о том, как решается эта задача в настоящее время, не думать об очевидных мелких усовершенствованиях. М. Пирани (который в начале нашего века изобрел вакуумметр Пирани и сделал десятки других изобретений в области электрического освещения, электрических печей и огнеупоров) рассказывал мне, что он никогда не читал научную литературу перед тем, как взяться за новую проблему; он начинал читать книги и статьи лишь после того, как у него появлялись собственные идеи. То же говорил и Барнес Уоллис. И в самом деле, чтение научной литературы с тем, чтобы познакомиться со всем, что уже сделано в этой области,-- не самый легкий путь для творчества. Если следовать этим путем, можно легко поддаться убеждению, что все возможности уже испробованы до тебя. С другой стороны, иногда выясняется, что твоя оригинальная идея уже высказывалась и проверялась прежде. В таком случае можно сказать себе: «Это лишь доказывает, что идея стоящая. И я буду тем самым человеком, кто преодолеет препятствия, остановившие других на пути к успеху». При достаточной умственной самодисциплине можно научиться бегло просматривать научную литературу и знакомиться с попытками решить задачу, не падая духом от чужих неудач. Однако при этом очень важно сохранять широту взглядов, не погрязать в деталях и всегда быть готовым воспринять идею из совершенно другой области.

Важно также ограждать себя от тех, кто убежден в неразрешимости проблемы, а также в том, что все стоящие идеи уже высказаны, что у вас не хватит ума решить ее, что вы беретесь сразу за слишком много проблем.

После того как изобретатель подавил в себе критическое начало и у него зародилась идея возможного решения проблемы, он должен двигаться дальше с большой осторожностью, чтобы, с одной стороны, не потерять основную нить, а с другой -- избежать чрезмерной конкретизации идеи, которая в таком случае сможет развиваться лишь в одном из многих возможных направлений.

Основной принцип, которого должен придерживаться изобретатель, в математике называется методом последовательных приближений. Как только изобретателю в голову придет любопытная мысль, он должен зафиксировать ее суть на клочке бумаги -- либо в виде эскиза, либо в виде краткой записи; это делается для того, чтобы он помнил, в какой области следует искать решение. Очень важно обрисовать идею как можно шире. Не следует детально прорабатывать мысль, чтобы не испытывать сожаления, если затем придется выбросить несколько формулировок или эскизов. Карандашные наброски гораздо предпочтительнее эскизов, выполненных с помощью циркуля и линейки. Этот принцип относится к любой творческой работе: перед тем как писать картину, художник, например, делает предварительный набросок (а лучше -- не один) во весь холст; детали прорабатываются позднее. Точно так же новую идею нужно оглядеть «со всех сторон», прежде чем приступать к ее детальной разработке.

На этой стадии не следует пренебрегать никакими возможностями, поскольку, как только будет готов набросок, придется подвергать его критической оценке. Экономические вопросы -- надежность, стоимость изготовления и обслуживания и другие -- на первых порах рассматривать не надо; они возникнут позже. Сейчас же важно спросить себя: будет ли конструкция работать, можно ли ее построить на современном уровне техники, обеспечит ли она лучшее решение поставленной задачи? Вы задаете главные инженерные вопросы, и лишь после того, как техническое решение приведено к такому виду, что ответы на вопросы будут положительными, можно переходить ко второй стадии: чертежной доске, калькулятору или компьютеру. Здесь уже появляются детали (форма и размеры, оптимальные конструкционные материалы', узлы смазки, скорости) и рассчитываются ключевые факторы -- статические и динамические усилия, устойчивости, к, п. д. Но и эти расчеты производятся с точностью до одной-двух значащих цифр. На этой стадии необходимо лишь получить оценки по порядку величины. Нет нужды излишне вдаваться в подробности, иначе на исследование дороги, ведущей в тупик, можно израсходовать столько сил, что их не останется на «главный проспект».

Если для того, чтобы яснее представить себе положение частей в пространстве и их взаимодействие, нужно построить модель, ее следует делать из самых податливых и доступных материалов. Наиболее подходящими являются мягкая проволока, пластилин, дерево, детские конструкторы, алюминиевые пластинки. В такую модель легко вносить изменения; не жалко ее и выбросить, так что у изобретателя не будет привязанности к конкретной конструкции. Само собой разумеется, что чертежи и модели должен делать сам изобретатель, поскольку лишь он в процессе работы способен развивать свою идею.

Принцип «разделяй и властвуй» на этой стадии имеет и другое важное приложение: не следует возлагать на одну деталь несколько различных функций; для каждой функции следует вводить в конструкцию отдельную деталь.

Чем эффективнее развивается наша техника, тем больше ее достижений мы находим у живых существ. Дойдем ли мы до такого уровня, когда, оставим позади «низших животных»? По всей видимости, нет -- во всяком случае, если исходить из нынешнего положения дел.