Глава 9 Учимся изобретать у природы

Natural convenienter vive.

Живи согласно с природой.

В этой главе на примерах некоторых изобретений природы и человека в соавторстве с ней показано, как составляются их формулы.

Об изобретениях природы и о том, как человек научился их использовать в различных механизмах, уже неоднократно писалось. Популяризацией этих знаний в нашей стране занимаются Дарвиновский и Политехнический музеи, международный салон изобретений и инновационных технологий «Архимед» и многие другие. Мне бы в этой главе хотелось продемонстрировать, что действительно многие природные процессы с позиции законодательства – это изобретения, и на них можно составить формулы, правда, непонятен будет состав авторов. Вторая цель – показать, каким образом, преобразуя природные явления, можно добиться интересных результатов.

Для начала рассмотрим несколько изобретений, полностью созданных природой. Множество природных явлений попадают под определение способа, как объекта изобретения. Ведь способ – это процесс выполнения взаимосвязанных действий над материальными объектами и с помощью материальных средств [1]. Процесс формирования дождевых облаков, а потом и дождя – это способы. Далее, всем известный из круговорота воды в природе процесс образования грунтовых вод и т. д. – это тоже способы. Процессы образования полезных ископаемых, фотосинтез и множество других процессов – все попадает под определения способа, как объекта изобретения. Следует заметить, что когда человек обнаруживает или начинает понимать какой‑то природный процесс, то это уже часто попадает под понятие «открытие», так как оно трактуется как «…установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира…» [1]. То есть открытие – это очень часто разгадка процесса, изобретенного природой.

Рассмотрим для примера, как формируются крупные самородки золота, которые часто находят почти на поверхности земли. Старатели такие самородки называют «поддерновниками», эти случаи документированы и хранятся в архивах Березовского комбината [2]. Механизм их формирования описывает В. Мухачев в книге «Как рождаются изобретения». Установлено, что грунтовые воды вокруг Березовского месторождения содержат хлориды и нитраты. При этом их смесь растворяет золото. Уровень грунтовых вод в этой местности имеет большой диапазон сезонных колебаний. При этом в сочетании с температурными циклами более крупные частички золота в приповерхностном слое растут, а более мелкие растворяются. Так и образуются самородки. Теперь попробуем составить формулу изобретения на этот процесс, для простоты без ограничительной части. «Способ формирования самородков золота, отличающийся тем, что в пористой среде с увеличивающейся концентрацией микрочастиц золота от поверхности X,Y по направлению Z, перпендикулярному поверхности X,Y, и в сторону направления ускорения свободного падения создают зону раствора хлоридов и нитратов, после этого периодически меняют границу этой зоны по координате Z вплоть до поверхности X,Y» Про температурную цикличность и сам процесс образования самородков можно написать в описании изобретения.

А теперь рассмотрим в качестве примера, естественно без цели патентования, гипотезу механизма возникновения жизни на Земле. К концу 50‑х годов прошлого века в экспериментах уже удалось получить открытые многомолекулярные системы – предшественники первых организмов (пробионтов) [3]. Однако механизм реализации всей цепочки от «предбиологических» систем до ДНК и клетки обсуждается до сих пор [4]. Ни одна из существующих гипотез происхождения жизни на данный момент не может считаться доказанной [5]. В том случае, если механизм происхождения жизни был бы предложен, подтвержден достоверными экспериментами и доказан, он мог бы быть защищен в виде изобретения, как способ формирования жизни, устанавливающий последовательность процессов ее формирования и их режимы. При этом доказательство возможности реализации способа будет сводиться к доказательству реализации отдельных его этапов и возможности перехода между ними. Не обязательно все эксперименты подтверждать собственными протоколами, тем более что продолжительность некоторых экспериментов может превышать сотни миллионов лет. Можно ссылаться на природные процессы, содержащие определенную последовательность с определенным, однозначным и всем известным результатом на выходе, либо на известные физико‑химические процессы отдельных этапов.

В настоящее время существует теория, по которой разнообразию жизни на Земле способствовало глобальное оледенение, сковавшее практически всю Землю примерно 700 млн лет назад. При этом считается, что до оледенения жизнь уже приобрела клеточную форму и сохранилась во время оледенения в теплых зонах, прилегающих к вулканам в различных местах Земли. Эта территориальная разобщенность и послужила возникновению разнообразных форм жизни. Формула изобретения этого варианта развития жизни может выглядеть следующим образом. «1. Способ возникновения многоклеточных организмов на Земле, включающий возникновение одноклеточных организмов, отличающийся тем, что на Земле были выделены локальные и изолированные зоны с различными природными условиями, на которых формировались различные формы многоклеточных организмов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальные и изолированные зоны были сформированы в сплошном ледяном покрове посредством вулканической деятельности».

Существующая также гипотеза панспермии о внеземном происхождении жизни и доставке ее посредством, например, метеоритов (хондритов) на Землю при ее доказательстве также могла бы быть защищена патентом на способ. В формуле такого изобретения помимо признаков возникновения жизни в космосе должны содержаться дополнительные признаки, касающиеся переноса биологических объектов на Землю, их сохранности при переходе через плотные слои атмосферы и дальнейшего развития их на Земле. Единственной проблемой, как мы уже отмечали, останется состав авторского коллектива… Более подробно патентование изобретений, связанных с открытиями описаны в [6, 7, 8].

Великолепное изобретение природы для самоочищения водоемов и почвы от нефтяных разливов успешно используется человеком в виде концентрированных препаратов микроорганизмов, усваивающих углеводороды. Эти микроорганизмы способны извлекать из нефти энергию для своего развития, разлагая нефть до элементарных составляющих живых клеток. Через несколько дней после взаимодействия нефтяных пленок с такими микроорганизмами пленки приобретают красновато‑коричневый оттенок и запах гниющей органики, а после этого уничтожаются активизировавшейся местной микрофлорой. Благодаря этому процессу нефтяные пятна от подводных источников нефти на Байкале многие годы не увеличиваются в размерах и не загрязняют озеро.

Это были чистые изобретения природы, а теперь посмотрим, как естественные процессы использовались изобретателями в уникальной природной лаборатории – Соловецком архипелаге, расположенном в Онежском заливе Белого моря в 150 км от Полярного круга. Эти острова примерно 20 тыс. лет назад при движении ледника на континент были разрушены и вдавлены им в море, а после его ухода стали подниматься, что продолжается до сих пор. В настоящее время сильные морские течения оказывают постоянное влияние на береговую линию архипелага. Эти острова общей площадью примерно 300 км2 закрыты от северных ветров Кольским полуостровом, но открыты для теплых ветров Гольфстрима, благодаря чему имеют очень мягкую зиму и большое природное разнообразие. Изобретения всегда сопровождают начальный этап рождения чего‑то нового в науке и промышленности. На примере Соловков мы видим ту же картину творчества Природы, ведь 20 тыс. лет по геологическим срокам – это как раз начальный этап развития. А тут еще постарались монахи, построившие Соловецкий монастырь и проявившие небывалую изобретательскую смекалку [9].

Одно из самых интересных изобретений получило название «Филипповские садки». В середине XVI века под руководством игумена Филиппа (1507–1569), будущего митрополита Московского (в миру боярина Федора Колычева) два морских залива были отгорожены от моря перешейками из валунов примерно одинаковых размеров, при этом в перешейках между валунами образовались тоже примерно одинаковые отверстия (рис. 9.1). Природа сама создала валуны округлых форм, когда ледники разрушили скалы, а шторма и мощные приливы обкатали камни снаружи. Заливы же образовались за счет вымывания более мелких камней между крупными образованиями. Через отверстия в перешейках во время приливов в этих водоемах обновлялась вода. По середине заливов были выбраны валуны и сделаны углубления, в которых при отливах оставалась вода. Эти валуны пошли на строительство перешейков. Существенную часть рациона монахов составляла рыба, но срок путины был недолог, а рыбу надо было где‑то хранить, вот ее там живой и хранили, а вылавливали во время отлива сачками из этих углублений, куда рыба сама и собиралась. Можно начинать писать формулу изобретения, а в качестве прототипа взять природное образование, никакой закон этого не запрещает. «1. Средство для хранения рыбы, содержащее морской залив, дно которого покрыто валунами округлых форм, отличающееся тем, что между заливом и морем образуют перешеек, выложенный валунами округлых форм приблизительно одинаковых размеров, при этом между валунами формируют примерно одинаковые отверстия. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутри залива выполняют углубление с площадью, меньшей площади залива. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что валунами из углубления выкладывают перешеек». Для простоты отличия приведены в виде признаков способа. В описании можно сказать про размеры валунов и отверстий между ними, а также про возвышение из валунов, которое от берега идет к углублению, чтобы по нему пройти. А если еще добавить, что в такой залив могут заходить мальки, там расти и оставаться, как Винни‑Пух в норе у кролика, то можно идти получать патент. Следует заметить, что садки сохранились до сих пор и продолжают по той же технологии ловить рыбу.

Второе изобретение – это дамба, соединяющая острова Большую Муксалму и Большой Соловецкий длиной около одного километра (рис. 9.2) и проложенная по отмелям между ними. Отмели образовались приливами, двигающими камни, когда при движении воды на них мелкие камни вымывались, а крупные собирались группами. Они и явились фундаментом будущей дамбы. Эти отмели монахи дополнили камнями, образовав дамбу до 4‑х метров в высоту и 6‑ти метров в ширину, а края дамбы укрепили землей, где потом выросли трава и кустарники и были установлены деревянные ограждения. Сквозные арочные отверстия, выполненные в нижней части дамбы, служили для циркуляции воды при приливах‑отливах и для прохода малых судов.

Рис. 9.2. Валунная дамба на остров Муксалма. Построена и сфотографирована в XIX веке

Чтобы отверстия не забились движущимися при приливах большими камнями, со стороны моря были сформированы обрывы, маленькие же камни при этом уносились течениями. Итак, формула изобретения с ограничительной частью, содержащей природный процесс, выглядит следующим образом. «1. Способ формирования дамбы, включающий периодическое разнонаправленное перемещение воды над дном с гладкими валунами разных размеров и образование локальной отмели путем концентрации больших валунов и вымывания меньших, отличающийся тем, что отмель дополняют валунами до образования дамбы, в которой выполняют отверстия для циркуляции воды с обрывами в стороны от дамбы». В зависимых пунктах формулы изобретения или описании можно еще сказать про деревянные ограждения, которые в совокупности с кустарником укрепили края дамбы. Третье замечательное изобретение – канальная система между озерами Большого Соловецкого острова, также начата игуменом Филиппом. Как мы уже говорили, Соловки в настоящее время из моря поднимаются. Подъем этот идет неравномерно, в результате озера имеют разную высоту над уровнем моря. Учитывая это, их соединили каналами, от самого высокого к самому низкому, Святому озеру, расположенному рядом с монастырем, которое еще расширили и углубили. В результате Святое озеро сделалось многоводным, и из него сформировался мощный поток пресной воды в районе монастыря в сторону моря, которому потом нашли многократное применение (см. ниже). Кроме этого, каналы стали использовать вместо дорог, благодаря чему сохранился хрупкий верхний слой северной почвы, экономилась мускульная энергия при доставке грузов, а главное, понизился уровень грунтовых вод, что способствовало осушению болот и образованию лугов. Болот на Соловках много, а вот природных лугов не хватает. При этом вмешательство в природу было настолько грамотно, что каналы и луга сохранились до сих пор и приносят пользу. Вот как об этом написано в истории Соловецкого монастыря: «В монастыре выстроена каменная мельница, чтобы доставить колесам ея достаточное количество воды, настоятель избрал из многочисленных озер острова 52, более удобныя по положению своему и качеству воды, соединил их каналами, свел воду к монастырю, в выкопанный огромный пруд из котораго и ныне, под именем Святаго озера, монастырь в обилии получает свежую здоровую воду. Оно имеет 700 сажен длины и 200 ширины. Расчищение лесов, осушение болот, освежение вод – все это очищало воздух, отчего и самый климат на острове делался приятнее» [10]. Интересно, что в конце

XVIII века уже упоминавшийся Роберт Фултон более чем на 200 лет позже Филиппа спроектировал для Англии канальную транспортную систему в сельской местности [11], которой очень гордился, но которая там так и не была построена. Не буду утомлять читателя составлением формулы изобретения на канальную систему, предлагаю сделать ее в качестве тренировки, она получится небольшая. А вот технических эффектов (луга, экономия сил, сохранение лесных дорог, дополнительный поток чистой воды и чистый воздух) у этого изобретения много, что очень важно для получения патента. Довольно часто одно изобретение рождает целую серию, связанную с ним. Воду Святого озера мощным потоком по стометровому подземному каналу подали в монастырь, где ее начали использовать для различных нужд. На базе мельницы были изготовлены автоматические сушилка и веялка, засыпка зерна в которую осуществлялась без участия людей. Был также создан прообраз ультразвуковой стиральной машины: белье в корзинах на ночь опускалось в бурный поток и в результате вибраций отстирывалось. Одно из самых интересных сооружений, связанное с каналами – сухой док, построенный в 1799–1801 годах. На выходе в море, с другой стороны от монастыря, вода из Святого озера проходила по узкому каналу, имеющему покатые берега (рис. 9.3). Около моря этот канал был перегорожен раздвигающейся плотиной. Преимущественно во время прилива плавсредство заходило внутрь, плотина закрывалась, док наполнялся водой, корабль поднимался и становился на якорь у берега над платформой. После этого плотина медленно отрывалась, вода уходила из дока, а судно оставалось на суше для ремонта. Когда необходимые работы заканчивались, док наполнялся водой, корабль всплывал, становился на якорь в середине канала и после плавного спуска воды выходил в море. Сооружение сохранилось до сих пор, но в настоящее время не функционирует. На сухой док может быть составлена формула изобретения на способ и устройство. Приведем пример формулы способа. «Способ установки судна на ремонтную платформу и спуска его на воду, включающий заход судна в док, перекрытие дока плотиной, наполнение его водой, перемещение судна в зону над ремонтной платформой, закрепление его над ней гибкой связью, плавный спуск воды из дока, ремонт, наполнение дока водой, перемещение судна на середину дока и постановка его на якорь, плавный спуск воды и выход судна из дока». Это приблизительный вариант формулы изобретения, тем не менее отражающий сущность способа.

В 1818 году на потоке из Святого озера был поставлен лесопильный завод оригинальной конструкции. Он мог работать почти без обслуживающего персонала. Во время пуска воды лежащие вне здания бревна сами постепенно втаскивались на место распила, распиливались, доски складировались, а опилки уходили по желобу на специально отведенное место. Это описание легко превращается в формулу изобретения. В настоящее время завод не сохранился. В начале XX века на этом же потоке была построена единственная в своем роде монастырская электростанция с двумя динамо‑машинами мощностью 15 и 25 кВт для освещения монастыря. Еще одно уникальное сооружение, связанное с водой и подсказанное природой, – закрытая валунная гавань на Большом Заяцком острове в пяти километрах от монастырского причала (рис. 9.4). Гавань имеет форму трапеции с максимальной стороной в 40 м у берега и в 36 м у насыпного вала напротив, в котором сделан 4‑метровый проход для судов. В береговой зоне имеется четыре различных углубления с перемычками для швартовки судов разных размеров. Известна запись по организации строительства гавани, сделанная Филиппом на стоявшем здесь кресте, которая призывала приезжих паломников, чтобы они «по силе своей каменья же носили бы на заднюю стенку становища на угол от моря, для того чтобы волнами морскими не располоскало» [12]. Устройство такой капитальной гавани вдали от основных построек монастыря имело следующий смысл. Суда, выходившие в хорошую погоду с материка, часто попадали во внезапный шторм, чем славится Белое море. Здесь же они находили перехватывающую стоянку и пережидали непогоду. Эту гавань можно было бы запатентовать через способ доставки грузов с материка на острова.

Филиппом в 1552 году было начато грандиозное каменное строительство монастыря с использованием валунов, запасы которых в округе неисчерпаемы. Примерно в это же время был построен кирпичный завод, где утрамбовка глины и ее резка осуществлялась механизмами, движимыми лошадьми и волами. Для подачи готовых кирпичей и валунов на строящиеся стены использовались транспортеры также на животной тяге.

Возведение крепостных стен монастыря началось последователями Филиппа под руководством монаха Трифона в 1582 г. и длилось 14 лет. Принципы валунного строительства с внутристенными укреплениями бревнами, использованием определенных соотношений нижних и верхних валунов, дополнением межвалунных пустот битым и целым кирпичом были опробованы Филиппом, использовались при дальнейшем строительстве монастыря и сохранились до сих пор, что подтверждает правильность выбранных методик. Вес нижних камней достигает 11 тонн, высота стен – 10 м, а высота башен – 30 м (рис. 9.5). Благодаря валунному рельефу многие бойницы в стенах и башнях были естественно замаскированы. Башни выступают за линии стен для возможности ведения бокового огня при обороне. Это могло бы быть весомым техническим эффектом при патентовании. Первая проверка на прочность у крепости была во время церковного раскола, когда монастырь не принял нововведения патриарха Никона и был атакован царскими стрельцами. Осада продолжалась с 1668 по 1676 годы и если бы не предательство одного из братии, который показал тайный подземный ход, то монастырь скорее всего устоял бы. Ключевую роль в его защите сыграл подземный канал от Святого озера, который все годы снабжал осажденных водой, а также экономил мускульную силу, благодаря использованию в хозяйстве различных механизмов, приводимых в движение бурным потоком. Примерно через два века крепость вторично была проверена на прочность. Летом 1854 года в разгар крымской войны два английских шестидесятипушечных фрегата атаковали монастырь. Обстрел продолжался около 9‑ти часов, по монастырю было выпущено около 1800 ядер и бомб. По признанию английского капитана, их хватило бы на разрушение нескольких городов. В монастыре же не было ни одной жертвы. Видя бесперспективность атаки, англичане отступили. А это типичное доказательство эффективности использования изобретения, некий «протокол испытаний».

То есть смело можно утверждать, что сам монастырь является великим изобретением русского гения. Недаром вид на него с восточного берега Святого озера запечатлен на 500‑рублевой купюре (рис. 9.6).

Помимо строительства оригинальных сооружений на Соловках много экспериментировали с акклиматизацией растений. В середине XIX века в самом защищенном от ветров месте острова в районе хутора Горка были оборудованы оранжереи с подземным подогревом почвы, где вызревали арбузы, персики, дыни и огурцы. Здесь был также разбит самый северный ботанический сад и в разное время акклиматизированы яблоня, ирга, сирень, роза, бадан и другие растения. В этом случае можно было бы запатентовать способ выращивания теплолюбивых растений в районе полярного круга. Интересное рукотворное изменение природы произошло также на острове Анзер. Этот остров расположен в 5‑ти километрах от Большого Соловецкого и сам является удивительным изобретением природы. Мыс Кеньга, куда обычно причаливают лодки – типичное арктическое побережье из голых валунов, через несколько сотен метров в глубь острова начинается тундра, потом лесотундра. Через километр лесотундра переходит в тайгу с огромными елями и далее в сосновые боры и смешанный лес, заканчивающийся лугами, типичными для средней полосы России. Многие годы паломники, посещавшие Анзер, приносили семена из родных мест и высаживали их на Богородичном лугу. В результате он приобрел совершенно необычный для севера вид с разнотравьем чуть ли не всех климатических зон России. В этом случае мы уже имеем коллектив изобретателей – природу и человека. Но одно из самых поразительных природных изобретений Соловков, которое мне удалось увидеть на Большом Заяцком острове – это рябина, имеющая одну гроздь обычного размера на стволе высотой в 10 см.

В заключение хочу привести еще одно изобретение из соловецкой истории, как природа, по моему мнению, помогла древнему человеку изобрести спиральный лабиринт. На территории России найдено около 50 каменных неолитических лабиринтов и 33 из них находятся на Соловках (рис. 9.7). Зачем они сделаны – ученые спорят до сих пор. Приписывают им культово‑ритуальное значение, магическое и другие, вплоть до приспособлений для ловли рыбы. Но назначение мы пока отложим до будущих времен. Лабиринты имеют довольно сложную спиральную форму и до сих пор не понятно, что было их прообразом. Есть версии, что это был млечный путь или строение органов человека, начиная от ушной раковины и тонкого кишечника, и кончая женским детородным органом. Осмелюсь предложить свою версию. Эти лабиринты заканчиваются в середине или петлей, или одной спиралью, или замкнутой окружностью (овалом), такое же строение имеют отпечатки пальцев человека. Наука, изучающая отпечатки пальцев и их влияние на особенности человека называется дерматоглифика. Более того, есть исследования, что форма этих рисунков связана с тем, какой национальности и даже расы были предки каждого конкретного человека. То есть, возможно, по строению лабиринтов и частоте расположения их на Земле, а есть они и в других местах, можно будет судить о переселении народов. Этот подход может быть использован в сочетании с лингвистической (по созвучности слов разных народов) [13] и митохондриальной (по анализу митохондриальной и Y‑хромосомной ДНК человека) [14] теориями и дать более полную картину освоения Земли человеком. При этом все эти теории, а вернее методики, могли бы быть защищены патентами, как способы определения путей миграции человечества. В формулах этих изобретений могли бы быть последовательно описаны измерения и оценки объективных фактов каждой методики.

Следует также заметить, что только в XX веке под влиянием развития биологии, химии и термодинамики сформировалось новое научное фундаментальное направление в естествознании – учение о биосфере В.И. Вернадского, согласно которому все явления связаны между собой и, следовательно, к окружающему миру мы должны относиться, как к единому живому организму [15]. Смело можно утверждать, что этот принцип на Соловках монахами начал использоваться еще в XVI веке.

Приведенные примеры, хочется надеяться, показывают разнообразие объектов, на которые можно было бы получать патенты, и помогут исследователям выявлять неожиданные изобретения в своих работах.

Литература 1. Интеллектуальная собственность в терминах и определениях. Терминологический словарь/Под ред. Н.В. Милетенко. – М.: 1996. – 205 с.

2. В. Мухачев. Как рождаются изобретения. – М.: Московский рабочий, 1968, с. 178.

3. Рутген М. Происхождение жизни. – М.: Мир, 1973, с. 96– 125.

4. Иваницкий Р.Г. XXI век: что такое жизнь с точки зрения физики. – Успехи физических наук, 2010. – Т. 180, № 4, с. 360, 365, 341.

5. Реутов П.В., Шехтер А.Н. Как в XX веке физики, химики и биологи отвечали на вопрос: что есть жизнь? – Успехи физических наук, 2010. – Т. 180, № 4, с. 393–414.

6. Соколов Д.Ю. Патентование изобретений, основанных на открытиях. – Патенты и лицензии, 2010, № 9, с. 21–27.

7. Соколов Д.Ю. Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий. – М.: Техносфера, 2010. – 136 с.

8. Соколов Д.Ю. Патентование высокотехнологичных решений (продукции) и методика составления заявок на различные типы патентов. – Новые промышленные технологии, 2009, № 2, с. 27–31.

9. Соколов Д.Ю. Придумки Соловецкой Земли. – Изобретатель и рационализатор, 2010, № 4, с. 26–27.

10. История Первокласснаго Ставропигиальнаго Соловецкаго Монастыря. С.‑Петербург. Типография Спб. Акц. Общ. Печатнаго дела в России Е. Евдокимов. Троицкая, № 18, 1899, с. 40.

11. Ренкель А. Роберт Фултон – отец «Наутилуса». – ИР, 2009, № 4.

12. Скопин В.В. На Соловецких островах. – М.: Искусство, 1990, с. 157.

13. Девид Миндел. Эволюция в повседневной жизни. – В мире науки, 2009. № 4, с. 64.

14. Генри Стикс. Следы далекого прошлого. – В мире науки. 2009, № 1, с. 35.

15. Моисеев Н.Н., Александров В.В., Тарко А.М. Человек и биосфера: опыт системного анализа и эксперименты с моделями. – М.: Наука, 2002.