Необычные изобретения. От Вселенной до атома

Справедливости ради надо сказать, что не только защита от вредных изобретений Космоса тревожит лучшие умы человечества, но и вопросы более глубокого проникновения в него остаются актуальными. Космическую биологию мы уже упоминали. В конце 2011 года закончилась программа «Марс 500» по имитации полета на эту планету. В настоящее время подготовка к пилотируемому полету на Марс продолжается. Несмотря на временные неудачи, должна быть продолжена программа «Фобос-грунт». Ведется разработка малоразмерных космических аппаратов и космических электростанций [12]. Идут активные исследования возможности существования людей в космических поселениях [13]. По всем этим направлениям будет, где развернуться изобретательской мысли по освоению Космоса и по защите нашей планеты, об изобретениях которой мы поговорим в следующей главе.

Литература

1. Блох А.М. Нобелевская премия – популярно обо всем. – М.: БуКос, 2008. – 154 с.

2. Патент RU2189575, 2002.

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

4. Иваницкий Р.Г. 21-й век: что такое жизнь с точки зрения физики // Успехи физических наук. – 2010. – Т. 180. – № 4. – С. 341. 360, 365

5. Реутов П.В., Шехтер А.Н. Как в 20-м веке физики, химики и биологи отвечали на вопрос: что есть жизнь? // Успехи физических наук. – 2010. – Т. 180. – № 4. – С. 393–414.

6. Лаверов Н.П., Медведев А.А. Космические исследования и технологии (в том числе и информационные): расширение знаний об окружающем мире // Наука и технологии в промышленности. – 2011. – № 4.

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

8. Соколов Д.Ю. Создание зонтичного и маскирующего патентов в области высоких технологий // Наноиндустрия. – 2010. – № 4.

9. Высотский В.И., Корнилова А.А. Активированная вода и память выды: мифы и реальность // Интеграл. – 2010. – № 4.

10. Резанов И.А. Великие катастрофы в истории Земли. Акадения Наук СССР. – М.: Наука. 1980. – 175 с.

11. Лапшин И.И. Философия изобретения и изобретение в философии: Наука и школа, 1922. – 194 с.

12. Райкунов Г.Г., Мельников В.М., Чеботарев А.С. и др. Проблемы создания космических солнечных электростанций // Наука и технологии в промышленности. – 2011. – № 3.

13. Нечитайло Г.С., Юров С.С., Капитанов А.Б. Биохимические исследования растений, выращенных из семян, длительное время экспонированных на орбитальной космической станции «Мир» // Наука и технологии в промышленности. – 2011. – № 3.

Глава 2
Изобретательские методики планеты Земля

Теперь вполне логично рассмотреть некоторые изобретения, созданные природой на планете Земля. Частично этой темы я касался в [1, 2, 3], здесь мы поговорим об этом более подробно. В качестве незаурядного изобретателя, естественно в соавторстве с Землей, мы обратимся в первую очередь к Океану как наиболее динамичному объекту, в чем мы убедились в предыдущей главе.

Рассмотрим первое его изобретение – формирование береговой линии в скальных породах. Берег моря или океана очень часто представляет собой обрывистый склон и линию прибоя в виде пляжа с песком или галькой (рис. 2.1). Морские и океанские волны обладают большой разрушительной силой. При шторме и скорости ветра более20 м/сек давление на береговые скалы обычно составляет величину 3–10 т/м2. На побережье Черного моря это давление достигает величины 3 т/м2, а на побережье Южной Америки – даже 30 т/м2. Разрушительной силе волн способствует механическое воздействие песка и гравия на скалы, как абразивного материала. Наиболее часто первичный берег образуется в результате подъема или опускания суши либо изменения уровня Мирового океана и имеет некий угол по отношению к горизонту – склон, опускающийся в воду. Сначала волны формируют в береге выемку 1 (рис. 2.2), которая называется волноприбойной нишей. Далее верхние породы 2 ниши начинают осыпаться, и образуется крутой обрыв 3. Упавшие камни помогают волнам далее разрушать берег, формируя отвесную стену, называемую клифом (англ. сliff – обрыв), а сами, превращаясь в песок и гальку, образуют под обрывом пологую площадку 4 – бенч (англ. bench – скамейка). Часть этой площадки смывается в воду и становится подводной террасой 5. Если не происходит дальнейшего подъема (опускания) суши или изменения уровня океана 6, то формирование обрыва заканчивается там, куда доходят волны [4, 5]. На рис. 2.2 представлено изображение формирования береговой линии в том виде, в котором это необходимо при оформлении заявок на изобретения с указанием только тех элементов, о которых будет идти речь в формуле и описании. Работе волн помогает ветер, который в тропических циклонах достигает скорости 100 м/сек, а также изменения температур скальных пород, происходящие быстрее, чем у воды. Технический результат этого изобретения заключается, например, в формировании береговой линии, пригодной для причаливания судов. А при необходимости продвинуться вглубь суши можно по ущельям, которые формируют реки, но это уже другое изобретение. Итак, формула первого изобретения может выглядеть следующим образом.

Рис. 2.1. Южный берег Исландии. Фото Юлии Цветковой

Рис. 2.2. Формирование береговой линии

1. Способ формирования береговой линии, заключающийся в изменении уровня воды относительно берега, в периодическом воздействии на берег волнами, в образовании в береге волноприбойной ниши с горизонтальной и вертикальной частями, в разрушении и осыпании вертикальной части и дальнейшем воздействии на вертикальную часть волноприбойной ниши волнами, содержащими фрагменты вертикальной части.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие на вертикальную часть волноприбойной ниши осуществляют ветром.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что периодически изменяют температуру вертикальной части волноприбойной ниши и воды, при этом поддерживая между ними разность температур.

Формула готова, для простоты она также не содержит ограничительной части. Теперь надо составлять описание. Главное, чтобы оно было понятно и подробно раскрывало формулу изобретения. В нем нужно будет привести информацию о материале берега и его прочностных характеристиках, о давлении волн и ветра, о размерах осыпающихся фрагментов вертикальной части волноприбойной ниши и их твердости, о скорости изменения температур берега (например, дневного – ночного) и их соотношениях со скоростями изменения температуры воды. В конце описания надо будет привести технические эффекты (результаты), о которых мы уже говорили. Другие чисто формальные разделы заявки (область применения, описания и критика прототипа) могут быть написаны за 30 минут и их примеры, как мы уже говорили, приведены в Приложениях 1 и 2. После этого подобную заявку можно было бы подавать в Федеральный институт промышленной собственности (ФИПС). Общий объем заявки при такой формуле изобретения будет составлять 4–5 страниц печатного текста, шрифт 14, интервал 1,5. Делать подробное описание необходимо, чтобы его было достаточно для осуществления изобретения. Это требование возможности промышленного применения изобретения согласно п. 4 ст. 1350 четвертой части Гражданского кодекса, а также административного регламента ФИПС.

Следующее интересное изобретение Океана – образование коралловых атоллов (рис. 2.3). Это происходит следующим образом. Сами кораллы – это живые существа – полипы, содержащие кишку-мешочек и щупальца, расположенные в твердом панцире из кальцита. Полипы размножаются друг на друге, умирают и образуют причудливые кораллы. Живут они на глубине не более 50 м и при температуре воды не ниже 20 °C. В какой-то момент в Океане, например, происходит подъем суши, и образуются отмели или острова. Для простоты рассмотрим вариант с островом. На мелководье вокруг острова кольцеобразно начинают расти кораллы. Постепенно они поднимаются к поверхности воды и те, которые располагаются с наружной части отмели, начинают получать больше пищи из океана, и рост их ускоряется. Они поднимаются из воды и еще более препятствуют проникновению планктона внутрь кольца. Ветровая эрозия (а мы помним, какие ветра бывают при тропических циклонах) частично разрушает выступающие из воды кораллы, они превращаются в белоснежный песок и покрывают остров [4]. Атолл готов, и вот формула этого изобретения.

1. Способ образования атолла вокруг острова, содержащий равномерный рост кораллов на мелководье вокруг острова, постепенное уменьшение доступа питательных веществ к зонам кораллов, расположенных ближе к острову, и более интенсивный рост кораллов в зонах, соприкасающихся с открытой водой.

Рис. 2.3. Коралловый атолл

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кораллы подвергают ветровой эрозии, превращают их в песок, который оседает на острове.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что периодически меняют уровень воды вокруг острова.

В описании к этой формуле изобретения необходимо будет сказать, например, про скорость роста кораллов и примерные размеры выступающего кораллового кольца над водой. Обязательно надо будет дать диапазоны уклона дна вокруг острова. Понятно, что если дно будет уходить с большой крутизной, то атолл не сформируется, так как все полипы будут получать пищу равномерно, а ближние к берегу даже в большем количестве из более богатого приповерхностного слоя. Технические эффекты первого пункта формулы тоже есть. Это, например, долговечность существования острова внутри спокойной лагуны кольцевого рифа, появление неограниченного количества рыбы в этой лагуне, простота ее добычи, и наконец защита обитателей острова от нежелательных пришельцев. А чтобы туземцам можно было выбраться в открытый океан, нужно где-нибудь сделать незаметный проход в кораллах. У зависимых пунктов формулы изобретения (второго и третьего) тоже есть технические эффекты. Песок, смешиваясь с водорослями, дает плодородную почву. Приливы не дают застаиваться воде в лагуне, а еще оставляют водоросли на песке, что также повышает плодородие почвы. Я здесь поподробнее остановился на технических эффектах, чтобы подчеркнуть их значимость, так как если при экспертизе заявки будут найдены известные решения, «убивающие» отличительные признаки формулы, то новые технические эффекты могут быть основанием для выдачи патента. Разумеется, при образовании атоллов могут одновременно создаваться и острова при смыкании кораллового кольца, и это не единственный способ формирования островов. Часто они образуются при извержении подводных вулканов, как остров Пасхи. Соловецкие острова стали подниматься из моря после того, как скальные участки суши были разрушены и вдавлены ледником, внутри земной коры образовалось излишнее давление, которое в настоящее время и выдавливает их наружу. В любом случае возникновение островов способствовало развитию человеческой цивилизации. Тот же остров Пасхи показал пример фантастического мастерства и изобретательности местных жителей, которые делали статуи высотой с пяти– и даже семиэтажный дом [6, 7]. Об изобретениях, созданных на Соловках, я уже писал в [2, 3]. Погибшая при извержении вулкана цивилизация о. Санторин поражает даже тем, что от нее осталось. Кстати, здесь вулкан разрушил остров, который сначала при медленном истечении лавы им же и был создан. Венеция, Япония, Великобритания и многие другие страны показали примеры эффективного островного развития. Ограниченность ресурсов заставляла людей надеяться только на себя и проявлять чудеса изобретательности.

И наконец, самое интересное явление с точки зрения изобретательских подходов – образование тропических циклонов. Они преимущественно формируются в широтных зонах от 5 до 25 градусов, как в Северном, так и в Южном полушарии (рис. 2.4). Например, на 15-м широтном Северного полушария над океаном образовался очень теплый воздух, причиной этому может быть, например, рябь на воде, мгновенно меняющая коэффициент отражения солнечного света. Этот воздух поднимается вверх и над океаном образуется зона (нулевая) низкого давления 1 (рис. 2.5). А теперь представим себе, что условно на 10-м и 20-м градусах (ближе и дальше от экватора) образовались зоны высокого давления 2 и 3, это тоже вполне обычное дело. Эти зоны начинают стремиться к зоне низкого давления 1. Но Земля вращается, если смотреть на экватор, слева направо, и зона 2 на 10-м градусе (первая зона) вращается быстрее, чем зона 3 на 20-м градусе (вторая зона). Первая быстрая зона 2 стремится к нулевой зоне 1, входит в менее скоростные участки атмосферы, по инерции начинает обгонять окружающие участки и закручивается вправо. Вторая медленная зона 3 стремится к нулевой зоне 1, входит в более скоростные участки атмосферы, из-за своей инерционности начинает отставать от окружающих участков и закручивается влево. Таким образом формируется вихрь, направленный в Северном полушарии против часовой стрелки. Соответственно, циклоны, сформированные в Южном полушарии зоной низкого давления 4 и зонами высокого давления 5 и 6, имеют закрученность по часовой стрелке. Диаметр циклона может составлять несколько сотен и даже тысяч километров с безветрием в центре, называемом глаз циклона (рис. 2.4) до 60 км в поперечнике. Следует заметить, что ниже 5-го широтного градуса циклоны не образуются, так как в области экватора у близлежащих участков скорости меняются не быстро, а выше 25-го широтного градуса их образование затрудняется меньшим углом падения солнечных лучей на поверхность океана и соответственно уменьшением температурных аномалий. Справедливости ради надо заметить, что в связи со всеобщим потеплением регион возникновения циклонов расширился. Например, в 2004 году в Южной Атлантике, гораздо выше 25-го широтного градуса, впервые возник мощнейший циклон и обрушился на Бразилию [8]. Вообще говоря, для образования циклона не так уж важно формирование зон высокого давления выше и ниже зоны низкого давления, циклон начнет формироваться даже при наличии одной лишь зоны низкого давления с нормальным давлением вокруг нее. Ведь нормальное давление также устремит потоки воздуха в нулевую зону [4]. Начнем составлять формулу изобретения на способ формирования циклонов с самого начала процесса возникновения планеты. Это сделано умышленно, чтобы показать, что даже в усложненном варианте формулы могут быть достаточно понятными.

Рис. 2.4. Формирование циклона

Рис. 2.5. Циклоны в Северном и Южном полушариях

1. Способ создания вихревых потоков газа, включающий формирование вращающегося вокруг своей оси объекта преимущественно круглой формы, окруженного газовым слоем, создание на его поверхности зон жидкости, нагревание вращающегося объекта источником излучение, расположенным в зоне, близкой к экватору вращающегося объекта, и создание локальных зон нагрева газового слоя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что локальные зоны нагрева газового слоя формируют путем изменения коэффициента отражения жидкости за счет создания ряби на ее поверхности.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что локальные зоны нагрева газового слоя формируют преимущественно в зонах от 5-го до 25-го градуса в обе стороны от экватора.

В этом случае формула написана в общем виде для любой планеты с атмосферой [9]. Я не упомянул в формуле изобретения вращение планеты вокруг звезды, годовое смещение ее оси и вращение звезды в составе галактики, так как, по моему разумению, это не сильно повлияет на образование циклонов. В описании изобретения нужно будет сказать о конкретном расположении источника излучения относительно экватора, о закрученности циклонов в Северном и Южном полушариях, о спиралевидной форме вихря, о вполне определенных давлениях в центре циклона и на периферии, о влиянии пассатов, о скоростях движения воздушных масс и, в конце концов, о высоте волн в центре и по краям циклона. Вся эта дополнительная информация может помочь в том случае, если эксперты «убьют» все признаки формулы изобретения. По закону в процессе экспертизы изобретатель имеет право дополнять первичную формулу изобретения признаками, приведенными в описании. Конечно, читателю придется писать формулы изобретений, придуманных человеком. Но они не будут сильно отличаться от предложенных вариантов. Я же их привел для того, чтобы образно и доходчиво рассказать, как готовятся формулы изобретений. Возможно, это уменьшит страх многих разработчиков перед составлением заявок на свои изобретения и, соответственно, сократит наше отставание в области защиты интеллектуальной собственности.

Следующие примеры связаны с горообразованием. Одна теория на первое место выводит движение материков, столкновение их и подъем краевых участков суши над уровнем океана. Доказательства этого находятся на вершинах Гималаев в виде слоев, когда-то сформированных на дне океана.

Другая теория основана на конвективных подкорковых течениях в недрах Земли. Обе теории можно изложить в виде последовательности действий, и, соответственно, обе они попадают под определение изобретений. И еще немного о вулканах, которые тоже образуют горы. Этна за счет вышедшей лавы поднимается более чем на 3300 м, Эльбрус – более чем на 5600 м. При этом частые извержения одного и того же вулкана – это, скорее всего, хорошо, так как излишнее давление внутри Земли в этом месте, как из клапана, сбрасывается наружу, а это уже положительный эффект – важный признак изобретения. Этна за счет постоянных извержений не представляет большой опасности, а вот Везувий надолго закупорился остывшей лавой и начинает беспокоить Юг Италии. Не говоря уже об Иеллоустонском парке, который может превратиться в супервулкан и забеспокоить не только Америку, но и всю планету. Его предполагаемое извержение может сравниться только с извержением супервулкана Тоба, случившимся 73–75 тыс. лет назад в Юго-Восточной Азии, которое уничтожило большую часть растительного и животного мира планеты. Несколько меньшее извержение вулкана Санторин 1450 года до н. э. разрушило целое островное государство, и оно частично ушло под воду. При извержении вулкана Тамбор в 1815 году в Индонезии его высота уменьшилась с 4000 до 2860 м, и было выброшено около 100 км3 горных пород в атмосферу. Разрушение гор при извержении вулканов происходит не только из-за «разбрасывания» их фрагментов в разные стороны взрывом, но и из-за обрушения того, что осталось, в пустоты, откуда вырвались раскаленные газы и лава. Следует заметить, что эти два извержения с энерговыделением каждого 1020 Дж были самыми разрушительными в истории современного человечества. Для сравнения: самое мощное извержение ХХ века камчатского вулкана Безымянный в 1956 году покрыло пеплом площадь в 60000 км2, а дом вулканологов (к счастью, без людей), расположенный на расстоянии 12 км от центра взрыва, был буквально сдут взрывной волной, от него не осталось ни одной доски [10]. Так вот это извержение на Камчатке в сто тысяч раз меньше по энерговыделению, чем извержение Санторина или Тамбора, которые, в свою очередь, были, как минимум, на порядок меньше извержения Тобы и возможного Иеллоустонского. То есть в одном Тобе – миллион Безымянных. Это были плохие изобретения природы. Хотя довольно часто, когда кому-то делается плохо, где-то возникает и хорошее. Пусть Тоба и уничтожил большую часть тогдашнего человечества, но многие считают, что после извержения оставшимся в живых гоминидам пришлось интенсивнее шевелить мозгами для выживания, и, в конце концов, появился человек современного типа. И несколько слов о землетрясениях. Продолжают двигаться тектонические плиты, что приводит к землетрясениям и изменениям рельефа поверхности Земли. Например, при восьмибалльном (по шкале магнитуд) Гоби-Алтайском землетрясении 1957 года волны в скальных образованиях достигали высоты 10 метров, а разломы были длиной около 300 км. При японском девятибалльном землетрясении 11 марта 2011 года 600-километровая плита под водой сдвинулась на 10–15 м, чего ранее не было зафиксировано в истории наблюдений. Увеличение магнитуды на 1 балл соответствует увеличению энергии землетрясения в 32 раза. Но землетрясения вызывают еще и цунами. Несмотря на феноменальную силу этого японского землетрясения, основные жертвы и разрушения были вызваны цунами. Причем высота волны этого цунами была в пределах нормальных значений. А наивысшая высота волны в недавней истории была зафиксирована в 1958 году на юго-востоке Аляски. Здесь толчки вызвали резкий сход ледника и оползней в залив, где в совокупности с обыкновенным цунами и спецификой заливов, как усилителем цунами, гигантская волна смыла сосны на высоте 600 м над уровнем моря. Правда, в этих изобретениях будет очень трудно найти положительный эффект.