каморка папыВлада - журнал Техника и наука 1982-07 текст-3
каморка папыВлада
журнал Техника и наука 1982-07 текст-3
Меню сайта

Поиск

Статистика

Друзья

· RSS 27.02.2017, 12:02

скачать журнал

<- предыдущая страница следующая ->

В лабораториях ученых

ЦЕЛИТЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Много ли мы знаем о себе? Об устройстве нашего организма, сложенного из 10-28 кирпичиков-атомов, 10 тыс. конструктивных элементов — органов, желез, систем регуляции и т. д.? «Познай самого себя» — прекрасный и полезный совет; жаль только, что древние не догадались указать способ, как пользоваться этим советом», — писал А. П. Чехов. Со времен Антона Павловича мы многое познали. Но в то же время еще и сейчас знаем о том, что происходит в недрах нашего организма, удручающе мало. С одной стороны, благодаря современным техническим средствам удалось проникнуть в тайны живой клетки и мельчайших структур, с другой — химические, физиологические процессы, протекающие в этих структурах, остаются в значительной мере непознанными. И потому многое из того, чем оперируют медики, построено на эксперименте, результатах клинических исследований, вытекающих из них логических и статистических выводах.

К категории еще до конца непознанного относится воздействие на наш организм электричества, электромагнитных, магнитных полей. То, что они зачастую ускоряют исцеление от различных недугов, облегчают или снимают боль, интенсифицируют обменные процессы, известно уже давно. Еще в глубокой древности магниты использовали как лечебное средство. Аристотель рекомендовал применять их «для избавления от дурного расположения духа», а Авиценна — для излечения от болезней селезенки. О том, что воздействие электричеством облегчает боль, тоже давным-давно известно. Почти 2000 лет назад — в 42 г. н. э. — личный врач римского императора Клавдия некий Скрибениус Ларгус применял электрошоковую терапию, подвергая своего венценосного пациента действию разрядов электрического ската. Так Клавдий избавлялся от головной боли. И, судя по тому, что медик после таких экспериментов не лишался собственной головы, надо полагать, метод был достаточно эффективным.
Что ж, есть, по-видимому, прямая связь между электрическим разрядом, достигающим 800—900 В, создаваемым электрическим скатом или электрическим угрем, и, например, современным дефибриллятором, «запускающим» остановившееся сердце разрядом конденсатора, заряженного до нескольких киловольт.

ДЛЯ ЗДОРОВЫХ И БОЛЬНЫХ
Уже 200 лет, если вести отсчет от первых опытов итальянца Луиджи Гальвани, впервые обнаружившего сокращение мышц лягушачьей лапки при воздействии на нее электрическим током, медики изучают проблемы воздействия электричества на живой организм. Возникло целое направление — электростимуляция, объединившее в себе электродиагностику, электросон, электронаркоз и другие виды воздействия на центральную нервную систему, электрошоковую терапию, электростимуляцию сердца, скелетной и гладкой мускулатуры, вегетативной нервной системы. И нужно признать, практические успехи здесь бесспорны.
Если говорить о собственно электростимуляции — воздействии электрическим током на мышечные ткани, — теперь уже нет сомнений, что с ее помощью удается приводить в активное состояние нервно-мышечные структуры, снимать утомляемость, повышать работоспособность.
В наше время, когда человеку приходится все меньше использовать свою физическую силу, неизбежна гиподинамия — состояние, вызванное снижением объема и силы мышечных сокращений. Это — болезнь века, проявляющаяся в атрофии мышц, уменьшении жизненной емкости легких, ухудшении работоспособности сердца, снижении стимуляции клеток коры головного мозга, падении работоспособности. Не случайно детренированность считают одной из главных причин таких заболеваний, как гипертоническая болезнь, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, полиартрит, деформирующий спондилез и другие.
Электростимуляция, конечно, не в состоянии заменить полностью физическую зарядку или бег от инфаркта, словом, все то, чем мы (иногда!) пытаемся компенсировать двигательный дефицит и восполнить недостаток мышечной нагрузки. Но хотя бы частично снять отрицательный эффект гиподинамии может, поскольку с ее помощью удается увеличить массу и энергетические резервы мышц, повысить функциональные свойства не только стимулируемых нервно-мышечных структур, но и всего организма. К тому же, благодаря электростимуляции, теперь появилась возможность восстановить утраченные способности к произвольным движениям при поражении нервной системы (параличах), ликвидировать мышечную контрактуру — ограниченную подвижность суставов, вызванную Рубцовым стягиванием кожи, сухожилий, и многие другие «дефекты» нервно-мышечных структур, связанные с атонией, адинамией, дистрофией...
Мы уже упомянули, что электростимуляция — не новинка в медицине. Сейчас можно было бы насчитать десятки отечественных и зарубежных образцов, достаточно хорошо апробированных электростимуляторов. Среди них — «МИОТОН», «СНИМ-1», «Амплипульс-4М», «Тонус-1», «Тонус-2» и др. Не пытаясь анализировать их достоинства и недостатки, хотим только отметить, что все они «привязаны» к электросети, относятся к категории стационарных, да и пользоваться ими непросто.
Сотрудники кафедры «Биомедицинские технические системы и устройства» МВТУ им. Н. Баумана канд. мед. наук Ю. Мироненко, инженеры Б. Буренко и В. Москалев создали малогабаритный одноканальный батарейный аппарат МБС-3М, предназначенный для электростимуляции нервно-мышечных структур и органов человека — профилактики и лечения заболеваний, вызванных различными нарушениями.
Его можно назвать карманным, поскольку масса этой коробочки всего 0,8 кг, а габариты 130 х 70 х 50 мм. Главное же преимущество МБС-3М в том, что он, питаясь от обычной плоской 4,5-вольтовой батарейки «3336Л», совершенно электробезопасен, прост в обращении и доступен для индивидуального пользования в домашних условиях.
Аппарат имеет набор различных по форме и назначению электродных устройств, размещаемых на различных участках тела, на которые сравнительно несложная электронная схема подает стимулирующие импульсы. Хитрость здесь в том, что их параметры максимально приближены к физиологическим, таким образом, они как бы подменяют, имитируют те естественные нервные импульсы, которые управляют (или должны управлять) соответствующими нервно-мышечными структурами.
Выдаются электроимпульсы «пачками», с частотой колебаний тока в «пачке» от 10 до 100 Гц и амплитудой напряжения, изменяемой по необходимости от 0 до 200 В. А между «пачками», продолжительность каждой из которых может изменяться от 1 до 10 с, пауза — 2—4 с.
Юрий Павлович Мироненко разложил на столе несколько «коробочек»-стимуляторов:
— Пока дошли до МБС-3М, опробовали не меньше десятка различных конструкций, — говорит он. — Но зато получили отличный прибор...
А вот стопка официальных отзывов из различных медицинских учреждений, где МБС-3М испытали в клинических условиях.
Клиническая больница имени С. Боткина. Заведующий первой кафедрой хирургии И. Розанов, заведующий отделением неотложной хирургии В. Шевяков пишут: «Аппарат МБС-3М применялся в раннем послеоперационном периоде после полостных операций на органах брюшной полости при развитии явления пареза желудочно-кишечного тракта и задержки мочи. Во всех случаях получен хороший терапевтический эффект. Большим достоинством аппарата являются его малые размеры, компактность, простота и безопасность в использовании. Положительные результаты проведенных испытаний позволяют рекомендовать рассматриваемый способ для более широкого применения в хирургических стационарах».
Всесоюзный онкологический научный центр АМН СССР. Заместитель генерального директора профессор В. Герасименко отмечает: «Электростимуляция аппаратом МБС-3М проведена 61 больному после операций на кишечнике и конечностях, а также страдающим острым радикулитным синдромом. Отмечен хороший терапевтический и выраженный аналгезирующий эффект. Целесообразно широкое оснащение лечебных учреждений аппаратами МБС-3М...»
Примерно то же подтвердили в Клинике нервных болезней и нейрохирургии Свердловского медицинского института, на медицинском факультете Университета дружбы народов им. Патриса Лумумбы. Авторам аппарата приятно было узнать, что в Институте педиатрии АМН СССР и МНИИ микрохирургии глаза Минздрава РСФСР получены обнадеживающие результаты при лечении глухоты у детей и некоторых глазных заболеваний.
— А если иметь такой аппарат дома, в личном пользовании? Как его можно будет использовать? — спрашиваю Юрия Павловича.
— Когда его начнут выпускать серийно, а мы рассчитываем, что это произойдет уже в конце текущей пятилетки, к аппарату будет приложена подробная инструкция. Владелец МБС-3М сможет сам достаточно быстро, за несколько сеансов продолжительностью по 15 мин каждый, снять, например, боль, возникающую при радикулите, улучшить эвакуаторную функцию кишечника, активизировать деятельность тех или иных групп мышц. Если, допустим, вы спортсмен, и по каким-то причинам вынуждены прервать тренировки, сможете лежа или сидя, применяя наш аппарат, поддерживать нужный тонус ваших мышц. Я думаю, что в любой семье такому аппарату применение найдется. Дело за малым. Остается лишь подождать, когда промышленность приступит к его массовому производству.

ЕСЛИ ПРОИЗОШЛО НЕСЧАСТЬЕ
В палатах клиники лежат дети, подростки, взрослые. Привела их сюда общая беда — травма спинного мозга. И в подавляющем большинстве случаев — это результат несчастного случая.
Александр П. 36 лет. Упал со строительных лесов.
Николай С. 14 лет. Нырнул с баржи в реку. Ударился головой одно.
Светлана Г. 19 лет. Пострадала при автомобильной катастрофе.
Ольга Н. 8 лет. Сбита на проезжей части дороги мотоциклистом.
Спинной мозг — своеобразный «кабель» с вводами и выводами, объединяющий в себе и центры управления многими органами, и нервные волокна — каналы передачи информации и управляющих сигналов. По одним идут сведения о состоянии всех частей тела, всех органов, по другим, в обратном направлении, — команды, регулирующие деятельность этих органов.
Если «кабель» нарушен, частично оборван, нарушаются прямая и обратная связи органов с управляющими центрами и головного, и спинного мозга, прекращается передача как чувствительных, так и двигательных импульсов. В зависимости от места повреждения большая или меньшая часть тела оказывается парализованной, лишенной чувствительности.
Спасение таких больных, возвращение их к активной деятельности, всегда было, да и сейчас остается задачей весьма сложной.
Около 20 лет назад нейрохирург Аркадий Владимирович Лившиц, работавший под руководством академика АМН СССР А. Вишневского, начал поиск средств, способных заставить работать, выполнять свои функции те органы, которые из-за травмы спинного мозга лишились связей с управляющими ими центрами, со своими естественными «пультами управления». Нужно было найти альтернативу нервным импульсам. Лишь в этом случае можно было рассчитывать не только на сохранение жизни, но хотя бы частичное восстановление здоровья пациентов.
Логика поиска неизбежно вывела на применение электрических импульсов, близких по своим параметрам к импульсам физиологическим. Обширные исследования показали, что такого рода воздействие позволяет вновь «запустить» отключившийся орган, после чего он начинает функционировать так, как ему предназначено природой.
Новое направление — электростимуляция — оказалось настолько эффективным, что достаточно быстро начало завоевывать позиции в практической хирургии.
При повреждении спинного мозга чаще всего «выходят из строя» органы, ведающие очисткой организма от продуктов жизнедеятельности. И больше всего страдает мочевой пузырь, управляемый сложной системой регуляции по нескольким каналам. Если нарушается прохождение рефлекторных сигналов, прерываются связи по каналам-нервам с центрами управления, стенки пузыря теряют эластичность, он сморщивается, уменьшает емкость, начинается нагноение, интоксикация, нормальное мочеиспускание становится невозможным. В перспективе мочевой пузырь атрофируется и гибнет.
Оказалось, что спасти его можно лишь своевременным применением электростимуляции в сочетании с реконструктивной хирургией.
К оболочке пузыря, в строго определенных местах, хирургическим путем подшивают шесть платиновых электродов, соединенных тончайшими проволочками с миниатюрным, размером с пятикопеечную монету, радиочастотным приемником. Последний тоже имплантируется под кожу или в мышечные ткани. Теперь есть возможность искусственно управлять этим органом, заставить его нормально работать.
Три раза в день генератор с антенной, прикладываемый к телу пациента, начинает посылать радиосигналы. Приемник их улавливает, детектирует в виде прямоугольных импульсов частотой 20 Гц, продолжительностью 3 мс и подает на электроды. Нервные окончания мышечной ткани пузыря воспринимают эти сигналы точно так же, как естественные нервные импульсы. И мышцы оживают, приходят в движение, обретают нужный ритм функционирования. Через несколько месяцев этот ритм закрепляется за счет формирования новых нервных связей. Вскоре необходимость в подаче электрических импульсов отпадает, орган продолжает работать самостоятельно.
Тот же примерно принцип используют для восстановления деятельности желудка и кишечника, желчного пузыря и желчных протоков. Причем теперь можно применять электростимуляцию не только для ликвидации последствий травм, но и послеоперационных неприятностей — парезов. Разница лишь в том, что на каждый орган нужно подавать импульсы с вполне определенными параметрами.
Весьма обнадеживающие результаты были получены и при электростимуляции собственно спинного мозга. Оказалось, что в зоне его повреждения ускоряется образование новых нервных связей.
Происходит это так. С двух сторон от места разрыва на белый, толщиной около 10 мм, шнур спинного мозга накладывают платиновые пластинчатые электроды и периодически подают на них электрические импульсы определенных параметров. Сохранившиеся после травмы структуры, пребывающие в состоянии угнетения, так называемого спинномозгового шока, быстро выходят из депрессии, начинают активно работать. Но это еще не все. Каждая клетка спинного мозга имеет длинный отросток — аксон, назначение которого передавать нервные импульсы. Под воздействием электрического поля, возникающего между электродами, в клетках образуются и развиваются дочерние аксоны. Постепенно разрастаясь и смыкаясь с соседними аксонами, они в конце концов замыкают оборванную травмой цепь. Так происходит спруттинг-эффект — образование шунта в месте обрыва основного нерва. Вот по этим-то шунтам восстанавливается связь органов с соответствующими управляющими центрами головного и спинного мозга.
Проходят месяцы, и человек, обреченный ранее на полную неподвижность, постепенно приобретает способность двигаться, приобщается к активным действиям. Среди пациентов А. Лившица уже немало таких, которым возвращена работоспособность, радость нормальной жизни. Будем надеяться, что список этих счастливцев пополнит и имя известной советской гимнастки Елены Мухиной.
Ну а каковы планы на будущее?
— Дальше, — говорит д-р мед. наук, профессор А. Лившиц, ныне руководитель Всесоюзного центра спинномозговой травмы Института нейрохирургии имени Н. Бурденко АМН СССР, — упорная работа над совершенствованием способов электростимуляции, модернизация и миниатюризация необходимых для этого технических средств, создание более совершенных систем с обратной связью. Мы мечтаем о создании своего рода генератора-комбайна, который бы позволил управлять одновременно функциями многих органов, лишившихся связи с головным и спинным мозгом, уверенно восстанавливая эти функции.
Т. СОКОЛОВА,
журналист

1. Характер «пачки» электрических импульсов, выдаваемых МБС-3М на электроды.
2. Канд. мед. наук Ю. Мироненко проводит сеанс электростимуляции мышц.
3. Аппарат МБС-3М с электродами.

Электростимулятор и вживляемые электроды с приемником.

Так выглядит на рентгеновском снимке мочевой пузырь с вшитыми электродами. Выше виден имплантированный приемник.


ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ

Подборка составлена по материалам ВДНХ СССР, отраслевых журналов НТО, а также бюллетеня «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки».

ЭИ-82108
В ЦНИИ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ СССР (Ленинградская обл.) предлагают новое устройство для удаления камней с пашни. Чтобы камни не заклинивало между зубьями уборочного механизма, его лапы через один закреплены шарнирно. При давлении со стороны крупного камня лапы разворачиваются и камень вслед за более мелким попадает на транспортное устройство.

ЭИ-82109
ВО ВСЕСОЮЗНОМ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОМ НИИ ИМ. Ф. Э. ДЗЕРЖИНСКОГО пришли к выводу, что в качестве органических веществ при очистке газов можно использовать гидроперекиси производных пропилена. Эти вещества, ранее по такому назначению не использовавшиеся, дают полную очистку уходящих топочных газов.

ЭИ-82110
В БЕЛОРУССКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ (Минск) разработан многоэтажный гараж с грузовым лифтом в центре и прямоугольными боксами вокруг. По заказу владельца автомобиль автоматически выкатывается на платформу лифта, опускается вниз или ставится на место.

ЭИ-82111
В УКРАИНСКОМ НИИ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ И МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА нашли новый способ борьбы с сорняками на посевах кукурузы. При вспашке полос, на которых будут посеяны культурные растения, часть почвы измельчают и покрывают ею междурядье, чем значительно затрудняют прорастание сорняков.

ЭИ-82112
В КРЫМСКОМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИНСТИТУТЕ (Симферополь) различные кормовые растения высаживают продольными полосами, а урожай убирают при движении жаток поперек полос. Это позволяет тут же на поле смешивать различные по питательному составу корма. Дополнительное время на смешивание не затрачивается, а животные получают сбалансированный корм.

ЭИ-82113
В КАЗАХСКОМ НИИ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА И АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ решили высаживать сосны в засушливых районах не как обычно, а в котлованы глубиной до 2,5 м. Таким образом, корневая система деревьев оказывается ближе к грунтовым водам.

ЭИ-82114
В УНИВЕРСИТЕТЕ ДРУЖБЫ НАРОДОВ ИМЕНИ ПАТРИСА ЛУМУМБЫ (Москва) предложен новый способ полива полей. В почве проделывают заполняемые водой борозды. Покрывают их синтетическими пленками. По сравнению с открытыми оросительными каналами здесь меньше испаряется влага.

ЭИ-82115
В КИШИНЕВСКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ ИМЕНИ С. ЛАЗО разработана машина, взявшая на себя все операции по обработке плодовых косточек, ранее выполняемые вручную. Машина с помощью установленных в ванне вибрирующих решеток и душевой установки промывает косточки, отделяет от примесей, высушивает и взвешивает.

ЭИ-82116
В ДОНЕЦКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ разработан новый способ продления срока службы огнеупорных футеровок, разрушаемых электрическим полем, которое наводится плавильными электродами. Отрицательное воздействие нейтрализуют созданием в футеровке электрического поля, равного по величине, но противоположного по фазе.

ЭИ-82117
В РЫБИНСКОМ АВИАЦИОННОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ литейные формы заполняют парами карбонила вольфрама, и на рабочих поверхностях формы образуется равномерное металлическое покрытие, способствующее повышению качества отливок из тугоплавких металлов.

ЭИ-82118
ВО ВНИИ МОНТАЖСПЕЦСТРОЙ (Москва) предлагают концы обмотки якоря к коллекторным пластинам приваривать. Для этого неплавящийся электрод затачивается так, чтобы сварочная дуга создавала локальное пятно нагрева и не оплавляла изоляцию между пластинами.

ЭИ-82119
В РИЖСКОМ ИНСТИТУТЕ ИНЖЕНЕРОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ созданы высокогигиенические противошумные наушники для пилотов. От существующих они отличаются тем, что замкнутое пространство между ухом и мембраной постоянно проветривается.

ЭИ-82120
В НИИ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ утверждают, что горящие металлы можно весьма эффективно тушить битумом и минеральным маслом с добавкой в их смесь 30 процентов бромистого метилена.

ЭИ-82121
В КАЛИНИНСКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ доказали, что золу горючих сланцев, скапливающуюся на тепловых электростанциях, можно использовать для предотвращения слипания частиц нерудных материалов при очень низких температурах.

ЭИ-82122
В МОСКОВСКОМ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ, обходясь без цемента, делают методом горячего прессования строительные плиты из золы бурых углей и древесных опилок. Специалисты утверждают, что плиты получаются достаточно прочными даже при изгибе.

ЭИ-82123
В АСТРАХАНСКОМ ТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ РЫБНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ создан прибор, ведущий сбор статистических данных по воспроизводству рыбных запасов. С помощью телевизионных датчиков и логических устройств он подсчитывает, сколько мальков рыб возвращается по реке в море после того, как рыбы отнерестились выше по течению.

ЭИ-82124
ВО ФРУНЗЕНСКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ сконструирован робототехнический комплекс в составе многопозиционного обрабатывающего центра и манипулятора. Автоматическое ориентирующее устройство помогает роботу при установке деталей на позицию обработки.

ЭИ-82125
В БЕЛОРУССКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ (Минск) доказали, что для упрочнения поверхности стальных деталей к традиционному составу из окисей бора и алюминия следует добавлять еще и сурьму. Ее присутствие позволяет обрабатывать сталь при более низких температурах.

ЭИ-82126
В МОСКОВСКОМ ИНСТИТУТЕ СТАЛИ И СПЛАВОВ сделали прокатный валок из колец, то есть составным. При этом в местах более интенсивного износа установили кольца из более твердого материала. Уменьшилась неравномерность износа.


Технология и психология творчества

ПЛЮС ГЕОМЕТРИЯ!

К ВОПРОСУ О ЛАПУТЯНАХ
Лапутяне, к которым Гулливер попал во время третьего своего путешествия, безмерно увлекались геометрией. Пищу они готовили в виде фигур, имеющих в плане треугольники, ромбы, эллипсы. Красоту женщин воспевали в сугубо геометрических терминах. Гулливер, однако, заметил: геометрические познания лапутян никак не связаны с инженерной практикой. Лапутянам совершенно чужда изобретательность; в их языке нет даже слова, соответствующего этому понятию... Конечно, лапутяне — всего лишь выдумка Джонатана Свифта. Зато обратная ситуация вполне реальна: при поиске решения инженерных задач мы часто забываем о геометрии. В инженерном языке, увы, нет многих геометрических понятий... Хотите убедиться в этом? Пожалуйста, вот задача.
Задача о щетке. Обыкновенный домашний электрополотер перестает справляться со своими обязанностями как только приближается к углу между стенками комнаты. Тут он бессилен: круглая щетка не в состоянии натереть часть пола, ограниченную сторонами прямого угла и дугой окружности самой щетки. Как быть?

КВАДРАТУРА КРУГА
На первый взгляд задача кажется несложной. Отчетливо видно техническое противоречие: надо до предела уменьшить диаметр щетки, чтобы обрабатывать углы, но при этом недопустимо снизится производительность обработки основной части пола. Можно даже уточнить: внешние частицы щетки должны вращаться вокруг общего центра и в то же время обязаны перемещаться в сторону от него. В аналогичных задачах такие противоречия преодолевают, выполняя объект из ферромагнитных частиц, управляемых магнитным полем. Сложновато для полотера, не правда ли? Щетка — в идеальном варианте — должна остаться обыкновенной щеткой...
Обратимся к физэффектам. Таблица применения физических эффектов и явлений (Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. М, «Советское радио», 1979, с. 166—169) рекомендует использовать в подобных случаях фазовые переходы и тепловое расширение, механические колебания и деформацию... Опять-таки слишком сложно! Явно не хватит сведений о подходящем эффекте. А он существует. Это — «геометрический эффект»: использование треугольника Рёло.
Построить треугольник, названный именем немецкого математика и инженера Франца Рёло, нетрудно. Из каждой вершины равностороннего треугольника следует провести дугу окружности, соединяющую две другие вершины. Полученный криволинейный треугольник относится — наравне с окружностью — к так называемым кривым постоянной ширины: при качении верхние и нижние точки контура перемещаются по параллельным линиям.
Если вписать треугольник Рёло в квадрат, то при вращении треугольника его вершины будут скользить по сторонам квадрата, чуть-чуть округляя их. При этом неперекрытая площадь примерно в десять раз меньше той, которая остается после вращения круга. Итак, ответ: полотер со щеткой, имеющей форму треугольника Рёло.
Треугольник Рёло очерчивает квадрат, если вращается вокруг своего центра, а сам центр — по окружности вокруг точки пересечения диагоналей квадрата, но в обратную сторону и в три раза быстрее.
Не останавливаясь сейчас на других особенностях треугольника Рёло, напомним только, что именно в виде этой геометрической фигуры выполнен ротор двигателя Ванкеля (см., например, «ТиН», 1980, № 8, с. 29), оригинальное профильное соединение («ТиН», 1981, № 5, с. 11), кулачок в грейферных механизмах киноаппаратов, инструмент для сверления и фрезерования квадратных отверстий.

ФОКУСЫ ЭЛЛИПСА
Треугольник Рёло относится к малоизвестным геометрическим фигурам. Зачастую в аудитории, насчитывающей несколько десятков слушателей, не находится ни одного инженера, осведомленного о его свойствах.
А вот задача, для решения которой нужен «геометрический эффект» попроще.
Задача об УЛЗ на ПАВ. В ультразвуковой линии задержки (УЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) в некоторых случаях желательно, чтобы генерируемые во входном преобразователе П1 волны распространялись по пьезоэлектрической подложке во все стороны, а затем, отразившись от краев подложки, одновременно попадали на выходной преобразователь П2, Простейший вариант — расставить П2 по окружности с П1 в центре, но тогда, во-первых, необходимо использовать большое число П2, что усложнит УЛЗ. Во-вторых, размеры подложки более чем в два раза превысят расстояние, используемое для задержки сигнала. Попробуйте найти более экономное решение.
В статье «ТРИЗ в строительных лесах» («ТиН», 1980, № 12, с. 17—18) рассказывалось о капилляре рапидографа, сечение которого выполнено эллиптическим, что позволило легко менять толщину наносимых линий простым поворотом капилляра.
Однако разноосность — не единственное свойство эллипса. Эта фигура — геометрическое место точек, для которых сумма расстояний до фокусов — величина постоянная. Если направить два луча в разные стороны из одного его фокуса, то, отразившись от контура, они непременно сойдутся во втором фокусе, пройдя при этом равные пути.
Нетрудно догадаться, что такой эффект как раз подходит для решения задачи об УЛЗ. По а. с. 627558 подложка выполнена в форме эллипса, а электроды преобразователей расположены в фокусах. Авторы практически ничего не изменили в исходной технической системе, не прибегли к физическим или химическим методам. Просто поставили нужный элемент в нужное место.

ДЕВИЗ: МАКСИМАЛЬНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ ПРИ МИНИМАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ
Примерно 10 процентов авторских свидетельств относятся к решениям, основанным на «геометрических эффектах». Это и много, и мало. Много, поскольку «геометрические эффекты» применяются нисколько не реже эффектов физических. Мало, потому что геометрию необходимо использовать значительно чаще: она почти всегда дает простые и сильные решения. «Геометрические эффекты» позволяют получать искомое техническое решение почти идеально — только за счет изменения формы. Достаточно, например, перекрутить кольцевую ленту на 180° — и рабочая поверхность носителя информации увеличится вдвое.
Возможности «геометрических эффектов» — даже самых скромных — практически неограниченны. Взять хотя бы такой прием, как введение эксцентриситета. Суть приема предельно проста: надо сместить ось вращения — и все. Так улучшают, например, работу режущих органов в машинах для разрезания бетона (а. с. 513853), труб (а. с. 534317), кустов (а. с. 686680) и, вообще, любых материалов (а. с. 461000, 540731 и др.). Казалось бы, в использовании этого приема не может быть ничего неожиданного. Но вот а. с. 704632: предложено сместить центр тяжести в обыкновенном мяче. Такой мяч при ударе летит, взаимодействуя с воздухом, по труднопредсказуемой кривой, в игре открываются новые возможности. Не исключено, что на стадионах третьего тысячелетия древняя игра в мяч обновится и станет игрой высокоинтеллектуальной. Спортсменам придется молниеносно рассчитывать причудливые траектории мяча.
Вот как эпизод этой игры прокомментировал бы, например, Николай Озеров:
— Нападающий на мгновение задумался... Удар! Какая великолепная эпитрохоида! Мяч огибает растерявшихся защитников... Вратарь выбегает вперед, ему кажется, что мяч летит по конхоиде, это непростительная ошибка и вот... Го-о-ол!

ГИПЕРБОЛОИД РАБОТАЕТ
Напомним задачу, помещенную в «ТиН», 1980, № 12.
Задача о катке и грядке. Каток картофелеуборочной машины имеет цилиндрическую форму. При движении вдоль выпуклой грядки каток плохо прилегает к ее поверхности. Желательно, чтобы каток хорошо прилегал и к плоской поверхности, и к выпуклой (даже если кривизна меняется).
Было подчеркнуто: для решения надо использовать свойства одной из геометрических фигур. И все-таки большинство ответов не имело никакого отношения к геометрии: читатели предлагали использовать гибкий вал, надувной каток и т. д.
Если взять два диска и соединить их рейками, получится рейчатый цилиндр — что-то вроде беличьего колеса. Повернем один диск относительно другого: возникнет гиперболоид вращения — фигура, похожая на песочные часы. Криволинейная поверхность гиперболоида образована прямыми рейками — примечательный «геометрический эффект», не правда ли? А второй «эффект» заключается в возможности легко регулировать кривизну: достаточно изменить угол поворота одного диска относительно другого. Зная свойства гиперболоида, нетрудно решить задачу о катке. Два диска, соединенные рейками, вот и готов каток переменной кривизны (а. с. 426618).
Аналогично устроена и антенна с изменяемой геометрией (патент ФРГ 1616242), И стойка шахтной крепи с регулируемой высотой (а. с. 479871). И валки конвейера с управляемой глубиной прогиба (японский патент 44-20937). И рабочий орган, подрезающий кусты (а. с. 721026).
Все это — простейшие применения гиперболоида. Гиперболоид может быть выполнен герметичным, и тогда открываются новые линии его использования: насосы для перекачки жидкости, скручивающиеся сильфоны, датчики давления...
Возможности гиперболоида как инженерного инструмента по-настоящему еще не раскрыты.

Линейчатый гиперболоид — инструмент для обработки поверхностей оптических деталей (а. с. 156864). Кривизну рабочей части инструмента можно менять, вращая диски.
1 — стержни; 2 — диски; 3 — пружины; 4 — обрабатываемая заготовка.

НЕИСЧЕРПАЕМЫЙ МИР ГЕОМЕТРИИ
Публикации в «ТиН» по использованию физических эффектов убеждают: «Указатель применения физэффектов» должен стать настольной книгой каждого творчески мыслящего инженера. Я надеюсь, «ТиН» напечатает и цикл статей по геометрическим структурам. Предваряя эти публикации, можно сказать уже сейчас: нужен аналогичный указатель и по применению «геометрических эффектов».
Гиперболоид и связанные с ним «эффекты» — только один из многих разделов такого указателя. Мир геометрических фигур очень велик. Пока в инженерной практике используют в основном простые фигуры — шары, цилиндры, кольца, конусы, спирали... «Высшая геометрия» встречается лишь изредка. Вот, например, сравнительно свежее а. с. 731925 на гранулятор кормов, корпус которого имеет форму эпитрохоиды. Или а. с. 832126 на винтовой компрессор с зубьями в виде кривой овала Кассини.
Знакомясь с техническими решениями, использующими «геометрические эффекты», нельзя не обратить внимание, что появляются эти решения с изрядным запозданием. Свойства ленты Мебиуса подробно исследованы еще в середине прошлого века, а авторское свидетельство на шлифовальный инструмент в виде ленты Мебиуса выдано только в 1969 г. А. с. 856580 «Устройство для разглаживания и втирания покрытий древесины» (в сущности, то же шлифование!) появилось лишь 12 лет спустя... Пока инженеры «обыгрывают» самые простые свойства ленты Мебиуса, более тонкие эффекты остаются неиспользованными.

ФИЗИКА ПЛЮС ГЕОМЕТРИЯ
По а. с. 665924 игрушечная железная дорога проложена на ленте Мебиуса. Чтобы вагоны не падали, рельсы сделаны из ферромагнитного материала, а на осях колес закреплены магниты. Геометрия органично слита с физикой. Таких технических решений пока немного. Между тем сочетание физики и геометрии позволяет решать очень трудные задачи. Можно привести характерный пример. Сверхпроводимость уничтожает активное сопротивление. А как быть с сопротивлением реактивным, зависящим от индуктивных и емкостных свойств проводника? Чисто физические способы компенсации реактивного сопротивления сложны. Зато безукоризненно срабатывают «физика плюс геометрия». Надо приклеить алюминиевые полоски с двух сторон резиновой ленты, перекрутить ленту на 180° — получится проводник в виде трехслойной поверхности Мебиуса. Любую его точку ток проходит дважды, но в противоположных направлениях: реактивное сопротивление само себя компенсирует...
В а. с. 626443 магнитному сердечнику придана форма все той же поверхности Мебиуса — это обеспечивает однородность магнитного поля. Выдано авторское свидетельство лишь в 1978 г., хотя такое техническое решение могло появиться и на полвека раньше. Вообще, «геометрия полей», то есть управление структурой физических полей, встречается пока нечасто. Да и сами структуры полей еще довольно просты.
Союз геометрии и физики обещает многое. Можно ожидать, например, интересных технических решений при сочетании эффекта памяти формы (ЭПФ) с «геометрическими эффектами». ЭПФ позволит управлять параметрами геометрических фигур, преобразовывать одну геометрическую структуру в другую. Пока такие преобразования используют редко, да и то только за счет упругости элементов конструкции.

ИГРА В БИЛЬЯРД ПО-НАУЧНОМУ
По традиции в заключение несколько задач:
1. Предположим, бильярдный стол выполнен в виде эллипса. Где бы вы расположили лузы? Что пришлось бы учитывать игрокам при выбранном вами расположении луз?
2. Форму какой кривой должна иметь ледяная горка, чтобы санки, скользящие под действием силы тяжести, как можно быстрее пришли к ее подножию?
3. Каким должен быть профиль кулачка, чтобы равномерное его вращение преобразовывалось в равномерное же возвратно-поступательное движение толкателя?
В. БЕЛИЛЬЦЕВ, инженер
г. Воронеж


<- предыдущая страница следующая ->


Copyright MyCorp © 2017
Конструктор сайтов - uCoz