Об изобретательстве понятным языком и на интересных примерах

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.

Глава 4 Основные принципы изобретательства

Ad cogitantum et agendum homa natus.

Для мысли и деяния рожден человек.

Первым изобретением Томаса Эдисона (1847–1931) была изготовленная на собственные средства машина для подсчета голосов при голосовании, которая работала хорошо, но именно из-за этого оказалась ненужной конгрессменам:, к которым: он обратился. После этой неудачи Эдисон сформулировал для себя основной принцип изобретательства: «Сперва обдумай, есть ли нужда в будущем изобретении, затем начинай: думать, вставай: в шесть часов утра и думай до двух часов ночи. Делай это до тех пор, пока не изобретешь». Использовав этот принцип, Эдисон вскоре усовершенствовал телеграф, за что уже получил 40000$. По-своему эти методы работы прокомментировал Никола Тесла (1856–1943): «Если бы Эдисону понадобилось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять времени на то, чтобы определить наиболее вероятное место ее нахождения. Он немедленно с лихорадочным прилежанием пчелы: начал бы осматривать соломинку за соломинкой, пока не нашел бы предмета своих поисков… Он питал неподдельное презрение к книжному образованию, доверяясь всецело своему чутью изобретателя…» [1]. Заметим, что Тесла имел фундаментальное научное образование. Вторая цитата Тесла подчеркивает мотивацию изобретателя: «Прогресс человечества неотъемлемо связан с изобретением. Это важнейший продукт его творческой мысли. Его конечной целью является: полное покорение материального мира разумом:, использование сил природы на благо человека. Это сложная задача изобретателя, которого часто не понимают и недооценивают. Но все эти неприятности он с лихвой компенсирует удовольствием от сознания своей власти и принадлежности к тому привилегированному слою, без которого человечество давно бы уже пало в бесплодной борьбе с безжалостной стихией» [1]. Таким образом, научный подход (второй принцип) Тесла сочетал с постановкой сверхзадачи (третий принцип), который также подтвердил всей своей жизнью. Четвертый принцип выразил Генри Форд (1863–1947) «в изобретении небольшого, сильного и простого автомобиля, производимого по дешевой цене» [2]. Пятый принцип изобретательства шутливо сформулировал Альберт Эйнштейн (1879–1955), работавший в начале своей трудовой деятельности в патентном бюро. Когда его спросили, как становятся изобретателями, смыл ответа был следующим: все знают, что все изобретено, а один нет – он и становится изобретателем. И еще один принцип изобретательства, связанный с постановкой сверхзадачи, вытекает из следующего примера. В конце прошлого века крупнейшие астрономы – французский Ж. Лaланд и американский С. Ньюк, немецкий изобретатель Э. Сименс и некоторые другие знаменитые ученые считали невозможным создание летательных аппаратов тяжелее воздуха. До первых полетов в 1903 г. братьев Райт оставалось несколько лет, а Можайский, по утверждению очевидцев, уже поднимал свой самолет в воздух в 1882 г. Именно в 1903 г. Конгресс США запретил финансирование таких летательных аппаратов, а патентное ведомство прекратило прием заявок на их патентование [3].

На основании опыта великих изобретателей можно сделать вывод: изобретение должно быть необходимым и дешевым, сочетать научный подход и здоровый прагматизм, а также желательно решать сверхзадачу и не быть в полной зависимости от мнения авторитетов сегодняшнего дня.

Помимо этого хочется привести еще несколько высказываний об изобретательстве, которые в какой-то мере подтверждают и дополняют приведенные основные принципы.

Изобретатель В.И. Ковалев, анализируя труд изобретателя в царской России и ссылаясь на русского ученого и инженера XIX века П.К. Энгельмейера, пишет: «Быть изобретателем – несчастье. Затратив колоссальное количество труда, сил и времени, вложив в реализацию своей идеи все свои скромные средства, живя в нищете и впроголодь, изобретатель, преодолев еще целый ряд препятствий, убеждается, что весь его труд не принес никакой пользы ни его народу, ни ему самому. Капиталисты же, используя его изобретение и обогащаясь за его счет, еще больше усиливают эксплуатацию рабочих» [4].

Д.И. Писарев считал, что «изобретения, относящиеся к механической и химической переработке сырого материала, должны вести к тому, чтобы все люди питались, одевались и жили лучше прежнего, чтобы сберегалось как можно больше человеческого труда и чтобы этот сбереженный труд употреблялся на усиление производственных сил земли и на развитие беспредельных способностей человеческого ума» [5]. (Процитировано по [6].)

А вот изобретатель В.П. Трушкин считает, что «для изобретателя более характерны именно партизанские методы борьбы за осуществление идеи, не по установленным канонам, а вольным стилем» [7].

Любопытно высказывание Бенджамина Франклина (1706–1790): «Нет ничего более полезного и благодарного, а также в наибольшей степени способствующего удовлетворению тщеславия, чем реализация проектов, которые улучшают не только жизнь общества, но и собственное существование» [8].

Интересны мысли Р. Фейнмана (1918–1988), приведенные в статье В. Реутова и А. Шехтера [9]: «… мы просто обязаны, мы вынуждены распространять то, что мы знаем на как можно более широкие области, выходить за пределы уже достигнутого. Опасно? Да. Ненадежно? Да. Но ведь это единственный путь прогресса…» [10].

Хочется также привести еще одно замечательное высказывание Эйнштейна: «Иногда меня спрашивают, как я создал теорию относительности. Я думаю, что это произошло по следующей причине. Нормальный взрослый человек никогда не размышляет о пространстве и времени. О таких вещах он думает лишь в детстве. Мое же умственное развитие оказалось замедленным, и я принялся размышлять о пространстве и времени, достигнув зрелого возраста. Естественно, мне удалось глубже проникнуть в эту проблему…» [11].

Забавный критерий ценности изобретения сформулирован Г. Фордом: «Дорожный автомобиль – очень сложный механизм, построенный с величайшей тщательностью и из лучшего материала, ныне продается по цене двадцать центов за фунт, то есть фунт его стоит меньше, чем фунт бифштекса» [2].

А в заключении хочется добавить пару ложек дегтя в обилие меда. На гравюре Питера Брейгеля (рис. 4.1) с одной стороны вроде и приветствуется научная деятельность, с другой стороны гравюра пронизана скепсисом к суемудрию и должна напомнить изобретателю о здоровом чувстве самоиронии, которое не позволит ему почивать на лаврах.

Рис. 4.1. Гравюра Питера Брейгеля Старшего из цикла «Добродетели». 1557 год

Вторую ложку добавляет Л.H. Толстой: «…Ботаники нашли клеточку, а в клеточках-то протоплазму, и в протоплазме еще что-то, и в той штучке еще что-то. Занятия эти, очевидно, долго не кончатся, потому что им, очевидно, и конца быть не может, и потому ученым некогда заниматься тем, что нужно людям. И потому опять со времен египетской древности и еврейской, когда уже была выведена пшеница и чечевица, до нашего времени не прибавилось для народа ни одного растения, кроме картофеля, и то приобретенного не наукой…». Цитата приведена из книги С.Э. Шноля [12].

Надеюсь, что эту субъективную цитату в свое время не нашли по своему скудоумию безумные борцы с генетикой, но доля истины в ней есть, и она должна напомнить изобретателям о нацеленности на полезный результат.

Приведенные основные принципы изобретательства, сформулированные в основном по высказываниям великих, уместно будет дополнить рассказом об изобретениях, сделанных как великими, так и просто талантливыми изобретателями. Об этом в следующей главе.

Литература

1. Сейфер Марк. Никола Тесла – повелитель вселенной. – М.: Яуза, Эксмо, 2008, с. 57, 14.

2. Форд Генри. Сегодня и завтра. – М.: Контроллинг, 1992, с. 21, 37.

3. Потоцкий В.В. О взаимосвязи научных открытий и изобретений, как объектов интеллектуальной собственности. – Вестник Российской академии естественных наук, 2003, № 4, с. 5.

4. Ковалев В.И. Путь к изобретению. – Л.: Лениздат, 1967, с. 3–4.

5. Писарев Д.И. Соч. ГИЧЛ, 1955, с. 325.