Техника - молодёжи 1967-09, страница 40

«ЖИВЫЕ» МАШИНЫ

Смелые

прфЕкты

Ю. ДРОБЫШЕВ, инженер

Живая природа практически уже давно решила проблему надежности, над которой тщетно бьются инженеры. Так, человеческий организм исправно работает в среднем j около семидесяти лет.

Природа экономна, она не использует лишних узлов. Живые организмы строятся из высоконадежных частей, однако сами эти части состоят из относительно простых и малонадежных элементов — клеток. Среднее время жизни клетки весьма невелико, ио когда клетка изнашивается и умирает, на ее место автоматически встает другая. Новые клетки «изготовляются» из материалов окружающей среды. Самообновление — вот основной принцип действия живых систем.

Конечно, это лишь грубая схема необычайно сложных процессов в живых организмах. Однако и она может дать пищу для размышления инженерам и конструкторам. Почему бы не использовать тысячелетний опыт природы в технике?

Легче всего промоделировать принцип «самозамены». Посмотрите на устройство, показанное на рисунке 1 вкладки. Оно обеспечивает надежную работу сигнальной лампы. Прозрачный бак разделен надвое перегородкой с контактным гнездом. В верхней части бака налита жидкость, в которой плавают веретенообразные блоки. Внутри каждого из них батарея и электрическая схема.

Попадая в гнездо, «веретено» присоединяется к контактам и питает лампу. Но вот блок по тон или иной причине вышел из строя. Тотчас же он, словно живой, изменяет свою форму на цилиндр и проваливается вниз. В освободившееся отверстие устремляется поток воды, который увлекает за собой один из новых исправных блоков и устанавливает его в контактное гнездо.

Как же блок «догадался» изменить свою форму? При нарушении его работы срабатывает реле разрушения. Оно включает нагревание предохранительно» проволочки, которая стягивает внутренние пружины. Расплавившись, проволочка освобождает пружины, они распрямляются и растягивают гибкое «веретено» в цилиндр.

Этот принцип «самозамены» применяется и в электронной вычислительной машине, изображенной на рисунке 2. Правда, устройство ее намного сложнее. Отдельные блоки машины напоминают некоторые органы животного. По крайней мере они играют примерно одну и ту же роль,

«Мозг» машины. Это, во-первых, рабочий блок. Именно он 'выполняет те операции, для которых машина предназначена в целом, — управляет производственным процессом, вычисляет •курс корабля, решает сложную матема

тическую задачу. А блок управления машины поддерживает связь с внешней средой через «органы чувств» — различные входные датчики — и координирует действия всех узлов. Его командные сигналы через контрольный блок передаются исполнительным механизмам машины.

«Сердце» машины — насос прогоняет по трубопроводам «плазму» — густую жидкость, насыщенную «клетками» — миниатюрными блоками-модулями. Они поступают в машину через «рот» — приемное устройство.

Если мы поместим модуль под увеличительное стекло, то увидим четыр-надцатигранник, обтянутый пластмассовой пленкой, с контактными отверстиями. Под пленкой спрятаны электронные схемы и питание — топливный элемент.

Вот из этих пластмассовых клеток и строится рабочий блок машины. Вернее, не сам блок, а его составные «кирпичики»— диафрагмы (рис. 3). Внутри каждой диафрагмы проходят «нервы» и «мышцы» — электрические провода, гидравлические и пневматические трубки. «Нервные узлы» — кабели соединяют все диафрагмы в единую систему.

Две боковые поверхности «кирпичика» усеяны гнездами. В рабочем состоянии все гнезда заполнены — диафрагма покрыта плотным слоем «клеток». Но вот какой-то модуль «забарахлил». Через контактное отверстие внутрь впрыскивается едкое химическое вещество. «Клетка» разрушается и уносится плазмой прочь, к выводному отверстию.

Как же происходит «самозамена» испорченного модуля?

Около каждого гнезда свисают гибкие щупы. Они вступают в действие только тогда, когда гнездо свободно. По пневмопроводу в полые стенки щупа подается воздух, и он распрямляется. По его внутреннему каналу в диафрагму устремляется плазма и увлекает за собой какой-либо проплывающий мимо модуль. Он прочно присасывается к щупу, который устанавливает его в гнездо, присоединяет контакты и подает внутрь топливо. Оно перерабатывается топливным элементом в электрическую

энергию, после чего новый модуль начинает работать в общей системе.

Как ни парадоксально, свойства «живой» машины можно усложнить, если упростить и удешевить конструкцию модулей. Другими словами, если провести некоторую «специализацию» модулей так, чтобы они выполняли какой-то определенный (и более простой, чем раньше) комплекс действий.

Около каждого гнезда можно установить не одни и те же, а различные щупы. Они будут выбирать из проносящегося потока плазмы лишь тот вид модулей, который требуется. Вводя в действие большее или меньшее количество тех или иных щупов, электронная машина сможет перестраиваться по ходу решения задачи с одной какой-либо операции на другую.

Можно представить себе и «растущую» машину. Все ее части будут состоять из миниатюрных блоков. Эти блоки нужно сделать такими, чтобы они твердели в атмосферных условиях. Когда «облицовка» машины начнет стираться, новые блоки, поступая изнутри, заменят старые.

Вот какие блестящие перспективы открываются нам при учете опыта живой природы. Правда, «саморемонтирующиеся» машины пока существуют лишь в проектах. Трудно сказать, будут ли настоящие машины такими, какими мы их представляем себе теперь.

История техники богата примерами поверхностного «моделирования» животных. Конструкторы первых паровозов, например, упорно снабжали свои «самодвижущиеся экипажи» механическими «ногами». Иначе, рассуждали они, как же повозка будет двигаться?

Биологические закономерности чрезвычайно сложны. И использовать их надо очень осторожно. Будем прилежно учиться у природы, но не будем строить паровозы с «ногами».

Проблемой номер один называют инженеры надежность машин и приборов. Часто они стараются максимально повышать безотказность каждого элемента машины и дублировать наиболее важные ее узлы. Но если разобраться, этот дорогой и сложный путь в принципе не может привести к успеху. Ведь резервные элементы требуют для своего включения особой системы, которая тоже может отказать в работе, а значит, и эту систему нужно дублировать... И так можно продолжать до бесконечности.

Выход из столь затруднительного положения нужно искать в опыте живой природы. Именно такой подход положен в основу машин, показанных на вкладке.

1. Принцип «самозамены», выбранный природой на основании тысячелетних «экспериментов», демонстрирует прибор с сигнальной лампой. Конструкция его весьма отдаленно напоминает устройство вестибулярного аппарата рака. Тан же как блок, попадая в гнездо, включает лампу, так и песчинна, касаясь нервных нлеток, сигнализирует о пространственном положении рака.

2. «Живая» вычислительная машина. Как и у человека, у нее есть «мозг» — рабочий, управляющий и контрольный блоки; «сердце» — насос; «плазма» — кровь; «рот» — приемное отверстие; «легкие» — воздухозаборник; «нервы» и «мышцы» — электро-, гидро- и пневмопроводы; выводное устройство.

3. Рабочий блок состоит из диафрагм, поверхности которых покрыты плотным слоем «клеток»-модулей. Благодаря модулям машина может перестраиваться и «расти». Ее износившиеся блоки будут ремонтироваться самостоятельно, точно так же, как у человека сращивается сломанная кость.

36