Глава 3 Как рождаются изобретения

Quot hominess tot sententiae.

Сколько людей – столько мнений

.

Известный разработчик методик решения изобретательских задач Генрих Саулович Альтшуллер отмечал, что «изобретатели не очень охотно и не часто рассказывают о путях, которые их привели к новой технической идее» [1]. В том: числе и это привело его к мысли, что неплохо было бы создать некую теорию, помогающую делать изобретения. Сначала его методы назывались алгоритмами: решения изобретательских задач: (АРИЗ), сейчас используется термин «теория решения изобретательских задач» (ТРИЗ). Этому вопросу в настоящее время посвящено огромное количество литературы. Если очень кратко описать суть данной теории, то необходимо собрать несколько специалистов для: быстрого решения: одной задачи: (мозгового штурма), разрешить им предлагать абсолютно все, выслушать все их предложения, ничего не критикуя, а потом через некоторое время выкинуть лишнее и написать формулу изобретения. Повторяю, это предельно краткое и упрощенное изложение ТРИЗа. Тем не менее, я уже не один десяток лет использую этот прием с постоянным успехом. Хочу отметить, что для еще большего раскрепощения сознания я не ставлю задачи объяснять, зачем нужен: тот или иной признак, это практически: всегда удается сделать позже. За три дня по 5 часов работы группой до 5‑ти человек на базе уже разрабатываемых приборов обычно удается: создать до 4‑х полноценных изобретений. В первый день разработчики рассказывают о том, что уже сделано и что хотелось бы получить. Причем каждая разработка может быть очень далека до изобретения и содержать только один отличительный признак или вообще быть без него. Проводя мозговой штурм, придумывается примерно по 20 отличительных признаков на каждое решение. Во второй день отсеиваются лишние признаки. На третий день составляются формулы изобретения. (Более подробно такой подход описан в гл. 13). А как еще создаются изобретения?

Иногда это происходит при анализе вредных технических эффектов. Интересные примеры приводит В.И. Ковалев в [2]. Супруги Лазаренко долгие годы боролись с электроэрозией и, в частности, с разрушением электрических контактов. Безуспешность этой борьбы повернула их изыскания в противоположном направлении, и они изобрели технологию электроискровой обработки металлов. Диффузионная вакуумная сварка Н.Ф. Казакова родилась при борьбе поначалу с вредным явлением образования нароста при резке металлов. И еще один пример касается изобретения бронебойного снаряда. В середине XIX века с появлением брони многие изобретатели пытались создать бронебойный снаряд с максимально твердым наконечником. Но такие снаряды разлетались на куски при ударе о броню. Занялся этой проблемой и адмирал С.О. Макаров. Было установлено, что даже обыкновенные снаряды легко прошивают броню, если выстрел происходит с внутренней ее стороны, где броня не закалена. Но как попасть туда снаряду? Макаровым было предложено оригинальное решение снабдить закаленный снаряд мягким железным наконечником. В момент удара этот наконечник как бы приваривался к закаленной броне, и она легко разрушалась твердым снарядом.

А вот пример, описанный Мухачевым в [3]. Как‑то, высунув язык при снегопаде в загазованном городе, он обнаружил отвратительный вкус снежинок. За городом же снежинки имели вкус и запах свежести. Это явление его натолкнуло на создание способов улавливания вредных для человека выбросов путем их медленного охлаждения в трубах, кристаллизации и выпадения крупных кристаллов в специальные улавливатели. А из них уже полезные для промышленности вещества можно было пускать для дальнейшего использования.

Следует также заметить, что довольно часто больших успехов в технике добиваются специалисты из смежных областей. Например, Джеймс Уатт (1736–1819) кардинально усовершенствовал паровую машину, изобретенную Томасом Ньюкоменом в 1715 году, благодаря чему ее стало можно применять в промышленности, что послужило толчком к развитию всего современного производства. По своей первой профессии Уатт был мастером по изготовлению точных и оптических инструментов. Сэмюэль Финли Бриз Морзе (1791–1872) – изобретатель телеграфа первую половину жизни занимался живописью и достиг высот в этой области, получив звание профессора живописи. Возвращаясь в Америку из европейской творческой командировки по изучению старых мастеров живописи, Морзе на борту парохода неожиданно, как многие считают, изобрел принцип телеграфа. (Эти примеры взяты из [4]).

А вот «Кока‑Кола» родилась по ошибке, когда фармацевт Джон Памбертон в лекарственный сироп влил вместо обыкновенной воды – газированную.

Интересно также рождение микроволновой печи. Исследователь Перси Спенсер, изучая работу радара, прошел перед его излучателем с шоколадным батончиком, который расплавился. После серии экспериментов родилась первая микроволновая печь. А вот Нильс Финсен (1860–1904) открыл благотворное влияние электромагнитного излучения на организм человека, а затем изобрел способ лечения некоторых болезней, глядя на кота на крыше, который для своего лежания выбирал солнечные места. В 1903 году Финсен за эти работы был удостоен Нобелевской премии [5].

Необычен опыт Николы Тесла (1856–1943), который он приобрел после тяжелой болезни. Его стали посещать вспышки света, которые часто сопровождались видениями будущих изобретений в конечном виде. Причем огромное количество работы по созданию приборов у него проходило в уме без макетирования и проведения экспериментов в отличие от того же Эдисона.

Оригинальную технологию изобретательства использует Есиро Накамацу (род. в 1928 г.), который погружается под воду и в конце задержки дыхания «за три секунды до смерти», как он сам выражается, записывает в водостойкий блокнот гениальные мысли, возникающие при недостатке кислорода для обычной работы мозга.

Многие исследователи считают, что активизация работы правого полушария (образного) благотворно влияет на работу левого полушария (логического). То есть не исключено, например, что слушать музыку при создании изобретений – полезно. Некоторые американские технические вузы дополняют свои программы гуманитарными дисциплинами – историей живописи, музыкой и т. п. Основная успеваемость при этом возрастает.

Интересен опыт системы образования в Финляндии, где много внимания уделяется художественному развитию. Небывалый промышленный рост в этой стране, как многие считают, связан с тем, что чуть ли не половина финнов после работы поет в хоре и играет в любительских театрах, развивая свое правое полушарие.

Яркий пример гармоничного сочетания правого и левого полушария мы видим у Николая Александровича Львова (1751–1803). За его достижения в живописи и литературе в 1783 году он был избран действительным членом Российской академии. Замечательны его достижения в архитектуре. По самым скромным подсчетам, Львов спроектировал и построил более тридцати зданий разного назначения. Все дошедшие до нас постройки (соборы, усадьбы, парки) ценятся как замечательные архитектурные памятники классицизма. Все здания, построенные Львовым, отличались большой инженерной изобретательностью, а также имели оригинальные варианты печей и каминов, обеспечивающие оптимальный обогрев и вентиляцию помещений. Помимо этого он усовершенствовал получение каменноугольного дегтя, разработал технологию использования угля для кузнечного и пушечного дела, для кирпичных и стекольных заводов, для хлебопечения, сахароварения, винокурения [6]. Создал новый кровельный материал на основе тряпичной бумаги, глины и толченого кирпича, пропитанных огнестойкими квасцами, который можно считать прототипом современных композитов. Широта его интересов позволила даже изобрести русский вариант паровой кухни со специальными трубопроводами, по которым пар поступал в жестяные кастрюли, где приготавливалось сразу несколько блюд. Изобретательская и поэтическая деятельности у Львова шли рука об руку. По поводу преград внедрения российского угля он написал оду. Другие трудности, сопровождающие любого российского изобретателя, прокомментировал стихами: «В земле, где вечные морозы или хлад, отнюдь не насаждай под рифму виноград».

Великий наш соотечественник Александр Леонидович Чижевский (1897–1964), создатель современной гелиобиологии и изобретатель способов воздействия аэроионов, в том числе на организм человека, был еще художником и поэтом. В меморандуме – представлении к соисканию Нобелевской премии говорилось: «В лице проф. Чижевского мы, бесспорно, имеем одного из гениальных натуралистов всех времен и народов, который достоин занять почетное место в Пантеоне Человеческой Мысли, наравне с великими представителями Естествознания… Для полноты характеристики этого замечательного человека нам остается добавить, что он, как это видно из широко известных его биографий… является также выдающимся художником и утонченным поэтом – философом, олицетворяя для нас, живущих в XX веке, монументальную личность да Винчи». (Приведено из [7].)

Известно также, что величайший ученый и изобретатель Альберт Эйнштейн (1879–1955) увлекался игрой на скрипке. Петр Леонидович Капица описывает такой эпизод. Будучи в 1920‑х годах в Лейдене, он зашел к физику Паулю Эренфесту. Тот сразу же предупредил гостя, что сегодня к нему должен зайти Эйнштейн, которому он будет аккомпанировать на фортепиано. При этом попросил иметь в виду, что «Эйнштейн не виртуоз, однако критиковать его за промахи в скрипичной игре лучше не надо. Критикуйте его физические работы – тут он бесконечно терпим» [5]. В этот раздел еще можно добавить несколько имен великих, которые одновременно были: Коперник – живописцем, Гете – ученым и естествоиспытателем, Макс Планк – музыкантом, Роберт Винер – писателем, художник Татлин – конструктором летательных аппаратов.

А теперь осмелюсь предложить несколько изобретательских приемов из своей практики. Про мозговой штурм, как основу основ изобретательской деятельности, я уже писал.

А если не было никакого мозгового штурма, но изобретение вдруг «само» возникло в голове одного изобретателя? В этом случае необходимо начинать его излагать на бумаге. Имеется в виду такие разделы заявки, как формула изобретения, описание конкретной реализации, если надо – чертежи и технические эффекты. В этом случае чаще всего к первичным, «само по себе» возникшим 2–3 отличительным признакам в процессе написания текста обычно добавляется еще примерно 15–20 признаков уже не «само по себе» возникшим. Формулу изобретения можно представить как некую матрицу решений, в которой заполнено только 2–3 клеточки первичными признаками. В процессе написания текста в этой матрице «как бы» возникают связи, как из тумана появляются новые признаки, и в конечном итоге матрица заполняется. Замечу, в большинстве случаев никакую матрицу рисовать не надо, а надо просто писать текст, и признаки, возможно, сами проявятся. Этот прием я бы порекомендовал начинающим изобретателям, особенно тем, которые с возникновением компьютеров отучились или не научились излагать свои мысли на бумаге, а только использовать чужие. Замечу, когда я сам приступаю к новому изобретению, и если пытаюсь вытащить из компьютера готовые куски текста из предыдущих своих изобретений, то мозги как бы выключаются. То есть изобретения, как мне кажется, надо делать и описывать – все с нового листа. В любом случае, когда ко мне приходит изобретатель, начинает излагать свои мысли и просит помочь ему составить заявку на изобретение, я ему настоятельно рекомендую эти мысли письменно изложить самому, иначе в его изобретении окажется 90 % мной придуманных отличительных признаков.

При написании текста заявки важно перед глазами иметь последовательность его изложения (см., например, приложения 2, 3). Это освобождает мозги для решения творческих задач и помогает изобретательскому процессу.

А если решение технического вопроса никак не возникает, а времени нет? В этом случае я насильно, например, в течение одного дня, пытаюсь решить проблему, набивая голову все новыми, пусть и негодными решениями. Обычно на утро, а иногда и ночью, оптимальное решение возникает как бы из ничего. А иногда бывает и так. Решаешь проблему, ничего не получается, и если есть время, переключаешься на какую‑то параллельную работу. Обычно у разработчиков бывает несколько одновременно идущих работ. И часто эта не очень обязательная в данный момент задача быстро решается. Про пользу сочетания работы правого и левого (образного и логического) полушария было уже подробно сказано. Лично для меня очень полезно оторваться от решения технических задач и сходить в театр, на выставку или в крайнем случае «выпилить что‑нибудь лобзиком». Здесь же замечу, когда изобретатель держит в руках детали, сделанные по собственным чертежам, и сам собирает свое изделие и даже работает напильником, – изделию и изобретателю от этого только лучше.

Следует также заметить, что мелкая моторика благодаря компьютеру, пришедшему на смену карандашу и авторучке, стала не нужна, и ее надо чем‑то заменять. Психологи давно заметили, что мелкая моторика способствует творческому мышлению. У японцев и китайцев палочки вместо вилок и ложек всегда под рукой. А нам надо что‑то делать: рисовать (тут еще и правое полушарие работает), играть на клавишах и струнах или хотя бы не все печатать на клавиатуре, а почаще использовать авторучку да и тот же карандаш у кульмана или листа бумаги. Ведь если мелкая моторика творит с больными людьми чудеса, восстанавливает подвижность после инсульта, лечит детей с ограниченными возможностями, то чего же можно добиться от здоровых людей, пусть и слегка «покалеченных» компьютерами. Иногда лично мне хорошо изобретается в условиях ограниченных возможностей, когда есть только бумага и карандаш и трудно придумать какое‑то другое занятие.

И еще особо хотелось бы отметить финишную работу над заявкой. Текст заявки на изобретение готов. Вдруг приходит хорошая мысль и необходимо добавить одно слово в формулу изобретения, добавляем, но теперь придется делать изменения во всем тексте, примерно в 5–10 местах. Ну ладно на компьютере с этим худо‑бедно можно справиться. А если в формулу добавляется 2 слова, то это иногда влечет добавления 100 слов в разные места текста. На компьютере это сделать невозможно, хотя некоторые и пытаются. Здесь уместна аналогия с водителями, которые будут 5 часов стоять во вполне прогнозируемой пробке, вместо того, чтобы за 15 минут доехать на метро. Единственный вариант – распечатать 20–25 листов, разложить их на столе и методически одновременно вносить изменения во все листы. Ну и последняя общая рекомендация. Если позволяет время, нужно отложить полностью подготовленную заявку примерно на 3 недели и вернуться к ней как к чужой необязательной работе. Иногда формула изобретения в этом случае преобразуется на 30–50 % в сторону увеличения числа отличительных признаков. Ведь давать советы другим, будучи самому не обремененным проблемой всегда легче. Конечно, это приведет к существенной переработке всей уже подготовленной заявки, но если настроить себя психологически на этот процесс позитивно, то и от него можно получить удовольствие.

Теперь в качестве примеров рассмотрим несколько практических изобретательских приемов при создании высокотехнологичных процессов и оборудования. Обычно в этом случае проблема связана не с патентованием, а с решением технического вопроса. Например, если процесс сверхвысоковакуумный, связанный с использованием заряженных частиц и излучений, то мысленно смоделировать все и получить конечное решение обычно сразу не удается. Приходится постепенно, методом проб и ошибок, приближаться к конечному результату. Даже если идет разработка небольшого, но высокотехнологичного модуля, состоящего из нескольких деталей, в нем оказывается такое количество отличительных признаков, что приходится иногда конечное решение делить на несколько изобретений. Приведу пример. Была поставлена задача заострить вольфрамовую иглу в вакууме электронным пучком, который вместо того чтобы идти на нее, уходил на металлический держатель иглы. Или керамические изоляторы покрывались испаренным вольфрамом, становились проводящими, перераспределяли электронный поток, и система прекращала работать. Было и много других неприятностей. В результате для решения проблемы в конструкции держателя иглы пришлось сделать большое количество буртиков, углублений, экранов и способов закрепления иглы. Этих признаков с запасом хватило для получения патента RU2208845. Что же говорить, когда идет разработка больших технологических установок в микроэлектронике или атомной технике. Здесь количества отличительных признаков в одной установке может хватить на десяток изобретений.

Часто интересные решения возникают, когда для достижения новой цели необходимо объединение известных устройств и технологий. И решения получаются красивые, и технические эффекты превосходные, но вот защитить их патентом иногда бывает непросто, так как экспертиза говорит, что используются известные устройства по известному назначению. Для решения этой проблемы необходимо признаки одного технического решения связывать с признаками другого. В одном решении объединялся микротом и сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ). В микротоме образец двигался относительно ножа, в результате чего с образца срезался тонкий слой. Нож при этом тоже имел свой привод. В СЗМ для того чтобы осуществить измерение срезанной поверхности иглой, ее нужно было сначала подвести приводом к этой поверхности. Для того чтобы исключить ненужные вопросы экспертизы, за счет гибких связей была создана возможность подвижки ножа приводом иглы, подвижки иглы приводом ножа и получен патент RU2233490.

Иногда бывает необходимо выйти из‑под действия блокирующего патента. В этом случае надо ставить решение некой сверхзадачи. Например, возникла необходимость обойти блокирующий патент на сканирующее устройство, осуществляющее сканирование тремя взаимосвязанными приводами по трем, перпендикулярным друг другу, координатам. Чтобы это сделать, пришлось поставить задачу еще и поворота плоскости сканирования. Это было решено путем разрыва связи между приводами, на что был получен патент RU2248628. При этом еще улучшились и основные характеристики сканирующего устройства: увеличились диапазон сканирования и его линейность.

Теперь несколько организационных советов. Часто складывается ситуация, когда начинающие изобретатели работают в одном городе, а ведущий предполагаемого мозгового штурма – в другом. Вот руководство и предлагает организовать мозговой штурм дистанционно с привлечением современных технологий. Пробовал неоднократно, не получилось ни разу. После безуспешных попыток таким образом сделать изобретения, я приглашал изобретателей на встречу, увидеться они особенно не стремились, не веря в результат. Однако при личной встрече «глаза в глаза» почти всегда 1–2 признака, которые первоначально были у изобретателей, преобразовывались за 1 час в 15–20 признаков, чего не удавалось сделать за полгода дистанционного общения. На этом совещании изобретателю предлагалось несколько вариантов выполнения его первоначального замысла, и тут, как из развязанного мешка, высыпались, наконец, и его предложения. Получался как бы некий скоростной мозговой штурм с предварительной дистанционной подготовкой и последующим раскрепощением сознания изобретателя. Возможно, он тоже может иметь место в изобретательской практике.

А что делать, если заканчивается бюджетная тема и тут выясняется, что надо заявками на изобретения отчитаться за потраченные деньги, а в коллективе, потратившем деньги, о патентах вообще слышат первый раз. Ситуация тяжелая, но решаемая.

Собираешь начинающих изобретателей, с утра запираешься с ними в отдельном помещении и не открываешь дверь, пока заявка не готова. Использование всего написанного в этой статье в интенсивном режиме и чувство неотвратимости наказания помогают часто решить такую задачу.

На самом деле работа настоящего изобретателя и длится 24 часа в сутки, с этим надо смириться или наоборот почитать за счастье. Изобретательство становится физиологической потребностью, приносящей обществу только пользу, а значит к этому активнее надо привлекать молодежь. Пусть сначала изобретения будут бесполезные, но на фоне массового изобретательства появятся и гениальные решения. В Японии, например, все начиналось с массовых кружков изобретателей. Посмотришь их патенты 70‑х годов – обхохочешься – палочка и две дырочки. Зато сейчас японец Есиро Накамацу, по одной из версий, причислен к пятерке величайших изобретателей вместе с Архимедом, Фарадеем, Тесла и М. Кюри.

Сам собой напрашивается вывод – внедрять обучение изобретательству в школах, техникумах, институтах, кружках творчества и привлекать к этому действующих изобретателей, которые простыми словами смогут объяснить, что такое изобретение, и как его делают.

Все изложенное рассматривалось с точки зрения атеиста или, если можно так выразиться, ученого традиционной ориентации. Верующие изобретатели скажут, что все изобретения и открытия от Бога. Если почитать жития святых, так и получается, каждая рекомендация старца – это способ решения какой‑то проблемы. Некоторые последователи Вернадского предположат, что во всяком случае великие изобретения могут формироваться в ноосфере. Сторонники вполне научной теории панспермии (внеземного происхождения жизни или хотя бы ее «предбиологической» фазы) скажут, что новая информация может приходить из глубин космоса от невообразимо развитых цивилизаций.

В заключение отмечу, единого рецепта для создания изобретений нет, как и нет одинаковых людей. Эта тема продолжит развитие в следующей главе, посвященной высказываниям великих ученых о творческой деятельности вообще и об изобретательской – в частности.

Литература 1. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. – М.: Московский рабочий, 1973. – 296 с.

2. Ковалев В.И. Техническое изобретательство и его приемы. – Л.: Лениздат, 1965. – 102 с.

3. Мухачев В. Как рождаются изобретения. – М.: Московский рабочий, 1968. – 238 с.

4. Трушкин В.П. Записки конструктора. – М.: Московский рабочий, 1981, с. 238.

5. Блох А.М. Нобелевские премии – популярно обо всем. – М.: БуКос, 2008, с. 81, 125.

6. Константинова С. Счастливый человек. ИР. 2007, № 4.

7. Шноль С.Э. Герои, злодеи, конформисты отечественной науки. – М.: Книжный Дом «ЛИБРОКОМ», 2009, с. 287.