При изготовлении трехмерных деталей трещина должна распространяться в двумерной поверхности, но принцип остается прежним. Специалисты фирмы КОШМАР разрабатывают эту технологию для обработки материалов, достаточно хрупких уже при комнатной температуре, — скажем, для изготовления линз, не требующих последующей шлифовки. Когда эту технологию удастся довести до совершенства, ее можно будет применять также для металлов при низких температурах. Дедал надеется, что в конце концов он сможет наладить, например, изготовление за одну операцию блоков цилиндров из отливки. Помимо скорости и малой энергоемкости этот процесс привлекателен своей безотходностью. Болванки, вынутые из блока цилиндра, могут с успехом использоваться в качестве идеально притертых поршней[39].
New Scientist, April 22, 1976.
Хрупкий разрыв — настоящее бедствие для инженерных конструкций. Небольшая трещинка в напряженном участке конструкции может распространиться и привести к катастрофическим последствиям. Дедал вспоминает, что большими умельцами по части технологии скалывания были наши предки, жившие в каменном веке. Они довели обработку кремня до высочайшего уровня, неосознанно используя то обстоятельство, что в поверхностном слое большинства кремней скорость звука ниже, чем внутри. Известно, что скорость распространения трещины определяется скоростью распространения звука в твердом теле. Поэтому трещина, направленная под углом к поверхности кремня, преломляется в поверхностном слое и выходит наружу. С кремня при этом скалывается аккуратная чешуйка. Давайте же, призывает Дедал, вернемся к технологии каменного века! Большинство способов поверхностной обработки металлов (науглероживание, азотирование) основано на диффузии атомов легирующих веществ в глубь поверхностного слоя. Дедал занят поисками такого способа поверхностной обработки, который обеспечил бы очень низкую поверхностную скорость звука, чтобы любая трещина, круто преломляясь, выходила обратно на поверхность. Обработанный таким способом металл произведет революцию в технике. Представьте себе подобную деталь на испытательном стенде (или даже в реальной конструкции). Когда напряжения в какой-нибудь точке окажутся выше предела прочности, образовавшаяся трещина не разрушит деталь, а выйдет на поверхность, аккуратно откалывая кусочек с производственным или конструкторским дефектом, в котором сконцентрировано опасное напряжение. В результате нагрузка в этом месте распределится более равномерно и опасность разрушения детали будет устранена. Нагрузки на такую деталь можно повышать до уровня, при котором начинается пластическое течение материала. Пластическое же течение часто играет на руку конструктору: неверно рассчитанная деталь «прирабатывается», упрочняется, а излишняя нагрузка равномерно распределяется между всеми элементами конструкции. Можно сказать, что металл Дедала будет обладать свойством самосовершенствования. В своих мечтах Дедал уже видит новую эру конструирования, когда конструкторы практически останутся без работы, а машины и механизмы будут собираться из кое-как сделанных деталей, которые в процессе работы будут принимать оптимальные формы. Автомобилисты же станут с тихой радостью смотреть на осколки и обломки, сыплющиеся из двигателя.
New Scientist, February 23, 1978.
Пример открытого Дедалом механизма «отвода» трещины в сторону. Под весом кирпичной кладки перемычка окна треснула. Из-за наличия в бетоне каких-то неоднородностей трещина повернула на 90° в сторону. В результате ее распространение стало невозможным и балка не лопнула пополам.
Один из самых удивительных примеров хрупкого разрыва связан со случаем, происшедшим с немецким пассажирским кораблем «Бисмарк». Построенный перед первой мировой войной, этот трансатлантический лайнер водоизмещением 57000 т (самый большой по тем временам) после окончания войны в счет репараций перешел к англичанам и был переименован в «Мажестик». Новые владельцы произвели реконструкцию судна, руководствуясь собственными представлениями о роскошном и комфортабельном лайнере. В 1928 г. на судне был установлен новый пассажирский лифт и во всех палубах были прорезаны прямоугольные окна под шахту лифта. Во время перехода через океан в углу одного из этих проемов образовалась трещина, которая дошла до борта корабля, прошла по обшивке, но, к счастью, остановилась, наткнувшись на иллюминатор. В «лучших» морских традициях эта история была замята. Ни пресса, ни три тысячи пассажиров так и не узнали, сколь близок был лайнер к катастрофе.
Транспорт с коллективной ответственностью
Выгода от использования автобусов повышенной вместимости имеет, к сожалению, неприятную сторону: долгое ожидание на остановках. Пассажирам было бы удобнее, если бы автобусы были поменьше, но ходили чаще, — но сколько тогда понадобится водителей! А не воспользоваться ли принципом универсама: пусть потребитель обслуживает себя сам. Дедал предлагает, чтобы пассажиры вели автобусы сами. В изобретенном им «транспорте с коллективной ответственностью» (ТКО) перед каждым сиденьем имеется рулевое колесо, рычаги и педали и каждый пассажир с помощью телевизионного экрана может наблюдать за дорогой. Всем пассажирам предлагается принимать посильное участие в управлении. Бортовая ЭВМ собирает сигналы со всех пультов. Она отбрасывает экстремальные значения, исходящие от слишком смелых или не слишком умелых водителей, и ведет автобус в соответствии с усредненным сигналом с остальных пультов. Поэтому индивидуальные отклонения (сигналы, поступающие с пультов лихача или пассажира, желающего подкатить прямо к своему порогу) не учитываются, а движением руководят коллективный опыт пассажиров и их знание маршрута.
Дедал полагает, что такой автобус будет двигаться весьма уверенно, что сделает его исключительно безопасным. Проблемы могут возникнуть в случае, когда ровно половина пассажиров захочет повернуть, скажем, направо, а другая — налево. Учитывая возможность подобной кризисной ситуации, ЭВМ следует обучить распознавать такие опасные бимодальные распределения голосов и самой делать выбор. Популярность игровых автоматов аттракционов-автодромов наводит Дедала на мысль, что пассажиры готовы будут даже платить за право управлять автобусом; это позволит обойтись без кондуктора. У каждого сиденья можно установить кассу и «взвешивать» сигнал, идущий от пульта, соответственно количеству опущенных монет. Тогда скорость, стиль управления и маршрут будут зависеть от тех, кто готов раскошелиться, — в точном соответствии с основным принципом капитализма: прав тот, кто больше платит. Из несогласия между пассажирами можно извлечь немалую выгоду. Барон Ротшильд, выступающий именно за такой принцип планирования научных исследований, будет в восторге.
New Scientist, November 29, 1973
а. Какими характеристиками будет обладать транспорт с коллективной ответственностью?
1. Повышенной точностью управления. Отношение снгнал/шум для суммы N сигналов улучшается в √N раз, так что автобус, управляемый 64 пассажирами, будет контролироваться в 8 раз точнее, чем управляемый одним шофером.
39
До сих пор, однако, холодная хрупкость металлов доставляет только неприятности: это основная причина поломок машин в Арктике и Антарктике. Было бы заманчиво найти полезное применение этому эффекту для металла, как, например, это уже сделано для резины (резину с отслуживших автомобильных шин скалывают при температуре жидкого азота; дорогостоящий каркас используется повторно, а измельченная резина идет на переработку). —