Техносфера 1 марта 2024

Сумеем ли мы подражать Природе?

В новой редакции Стратегии научно-технологического развития впервые появляется термин «природоподобные технологии». Но для того, чтобы начать движение к природоподобным технологиям, требуется методология, критерии и принципы проектирования производственных систем XXI века
Сумеем ли мы подражать Природе?

Материалы рубрики читайте также в телеграм-канале «Техносфера, подъем!»

Судя по статистике запросов в информационной сети, система «Вордстат» показывает в сотни раз больший интерес к простым, безопасным и дешевым технологиям, чем к непонятным «природоподобным».

Скорее всего, это связано с медленным процессом осознания самого понятия «природоподобие». Одни видят в этом новые технологические приемы, копирующие образы живой природы и процессы, в ней происходящие. Другие почему-то ограничивают все богатство и разнообразие технологий Природы рамками научной дисциплины бионики и, более того, видят в них не только новые возможности, но и новые угрозы. Экономисты связывают все подобные новации с балансом между темпами экономического роста и возобновлением ресурсов.

Для того чтобы привести все к единому пониманию, в стране назначен научный центр, ответственный за разработку плана развития природоподобных технологий. И надо полагать, что процесс его формирования начался, так как уже есть их сокращенное название — ППТ.

Единство естествознания

Для того чтобы с чего-то начать движение к ППТ, требуется методология, критерии и принципы проектирования производственных систем XXI века. Самым важным в этом процессе становится проектант-исследователь, способный в составе проектного технологического сообщества выбирать из всего множества «природно-технических решений» тот один, самый рациональный для техносферы и самый полезный для биосферы проектный вариант.

Оказывается, таким знаниям у нас нигде не учат. На выходе из университетов у нас пока получаются инженеры-проектировщики, умеющие копировать и тиражировать стандартные технические решения.

Чтобы начать выстраивать фундамент для нового проектного технологического сообщества, потребуются совершенно новые отрасли знаний, которые мы пока скромно называем «междисциплинарными». Здесь требуется не просто инженер-химик и не математик-айтишник. Принцип «разделения труда» в науке о проектировании природоподобных технологий не работает. Для того чтобы «скопировать» органы кобры, рыбы, моли или дельфина и придумать образы рациональных конструктивных и технологических решений, требуются синтез знаний множества наук. Проектант должен понимать природные процессы и явления не однобоко, как физик или химик, а осознавать каждое действие и его последствия с позиций единой науки естествознания, например «химия — физика — мехатроника» или «материаловедение — кибернетика — биология». Чтобы создать, скажем, производственную систему «термит — бумага — водород», однозначно потребуется система знаний в комплексе: «биология — механика — математика — химия».

magnifier.png Чтобы начать выстраивать фундамент для нового проектного технологического сообщества, потребуются совершенно новые отрасли знаний, которые мы пока скромно называем «междисциплинарными»

Все эти последовательности научных дисциплин не хаотичны — это логически выстроенные цепочки накопленных знаний для анализа противоречий, позволяющие делать интересные умозаключения и генерировать рациональные технические решения при проектировании производственных систем XXI века.

Возможно, с таким подходом мы наконец-то поймем, что же такое «чувствительность» вещества, и научимся регулировать уровень его «опасности» и «долговечности» еще на стадии синтеза его структуры. Пока науки по-разному интерпретируют процесс «разложения» материалов. В физике, например, темп разрушения вещества назвали «периодом полураспада», в биологии — «гниением» и «тлением», в медицине — «разложением», в механике — «разрушением», а в химии — «окислением». Пока мы не переведем на один понятный для проектанта язык все знания из множества разрозненных наук, он будет бессилен и не сможет создавать ППТ.

Вторым непременным участником плана развития ППТ является заказчик. Его знания требуется обогащать не только базовыми принципам и законами формирования природных систем, но в первую очередь этикой проектирования производственных систем XXI века.

Три базовых принципа

В большой череде всей еще непознанной массы природных законов надо хотя бы знать и осознавать три базовых принципа формообразования и движения:

— принцип наименьшего действия (экономичность движения);

— закон регулирования темпа движения ресурсных потоков;

— методы самостоятельного разложения органических систем.

Если требования технических заданий заказчик сумеет изложить с учетом этих принципов, то для проектанта это будет мотивирующим стимулом для разработки рациональных технических решений и обеспечения функциональной устойчивости производственной системы в заданный промежуток времени.

Принцип экономичности требует проектировать в производственной системе только те движения, для выполнения которых количество ресурсных затрат будет минимально допустимым в конкретной области природно-климатического ландшафта за все время ее функционирования.

Принцип «регулирование темпа» требует создавать оборудование не с фиксированной производительностью, а с возможностью адаптации к изменяющимся объемам и номенклатуре потребляемой продукции. Следуя этому принципу, можно создать одностадийную технологию производства продуктов разной номенклатуры на основе одного исходного компонента. Для этого уже сегодня требуется новое технологическое оборудование, причем не с фиксированным уровнем производительности, а с регулируемым в широком диапазоне.

magnifier.png Принцип экономичности требует проектировать в производственной системе только те движения, для выполнения которых количество ресурсных затрат будет минимально допустимым в конкретной области природно-климатического ландшафта за все время ее функционирования

Кроме того, такой природный принцип проектирования требует знаний о способностях биоты перерабатывать невозвратные отходы или искусственно созданные материалы, например полиэтилен. Если микроорганизмы не справляются с его ежегодными объемами на свалках, то принцип «регулирование темпа» требует либо приостанавливать производство, либо изменять технологию, регулируя свойства долговечности пластика еще на стадии смешения исходных компонентов в реакторах синтеза.

Принцип «самостоятельное разложение» требует от проектанта производственных систем не только определять для их устойчивого функционирования выгодное ресурсное пространство, но и задавать проектное время функционирования. Иными словами, период эксплуатации системы должен быть выверен до минуты. Длина жизненного цикла технического комплекса в любой выбранной области пространства (космос, атмосфера, земля, вода, подводная и подземная зоны) определяется объемом и темпом удовлетворения потребностей в продукте с заданными характеристиками. После завершения производственного цикла техническое устройство должно «исчезнуть» из той или иной области пространства. Для выполнения такого, казалось бы, невыполнимого требования требуется совершенно иная наука о материалах, энергетическая плотность, свойства и функции которых задаются волновыми воздействиями на базовую структуру. Оказывается, все это сегодня уже постижимо и технически возможно.

Очевидно, что если эти три базовых принципа формообразования и движения живых систем не копировать слепо в техническое устройство, а осознать на уровне методологии проектирования промышленных технологий, то именно безопасные и одностадийные ППТ и будут составлять основу производственных систем XXI века.

Дальше нам пока идти не следует. Надо остановиться на том, что фундаментом новой методологии проектирования ППТ должно стать не желание заказчика, инвестора и проектанта «обладать» ресурсами окружающего пространства, а установка на создание производственных систем, которые не нарушают динамику этих потоков в биосфере, а функционируют в гармонии с ними.

Методология скатерти-самобранки

Если подражать природе во всем, то надо научиться не только оценивать все наши возможности и способности, но и ограничивать свои желания. Например, если в природе действует правило, что для формирования новых организмов необходима новая генетическая информация, то для проектанта это означает требование, что для изготовления каждого продукта с новыми свойствами и функциями использование старых технологий с встроенными в их структуру источниками опасностей и затрат запрещено. Это же логично, когда вместе с новой конструкцией создается и новая технология ее производства. Естественно, такая технология должна быть проще, дешевле и безопаснее предыдущей.

В таком случае и план развития ППТ должен требовать от заказчика и проектанта знания не только существующих источников опасности и затрат, но и количественных значений параметров движения тепловых, энергетических и информационных потоков той области пространства, в которой планируется разместить такие технологии. То, что эффективно ниже 40-й параллели, никогда не будет работать с аналогичной пользой на территориях выше линии Воейкова. И все подобные природные барьеры проектант должен учитывать, чтобы, например, в полной мере использовать закон фотоэффекта или закон действия рычага Архимеда, синергическая сущность которых в полной мере не осознана научным сообществом.

Предварительные оценки показывают, что соблюдение хотя бы первых трех принципов «природоподобия» приведет нас к производственным системам с совершенно новыми свойствами мобильности и компактности. Все технические объекты в таких системах должны либо обладать максимальным потенциалом устойчивости к внешним угрозам, либо иметь минимальную ценность и оставаться потенциально безотходными, то есть «незаметными» для окружающей их биосферы.

magnifier.png Самое интересное, что в системе управления такой замкнутой производственной системой не должно быть человека. Необходимо избавиться от его присутствия при работе технических систем, так как это инициирует не только затраты и опасности, но и возможность искажения входящей и исходящей информации

Мобильность промышленных технологий обеспечивает их сырьевую «всеядность», максимальную компактность, но требует универсального оборудования с регулируемой производительностью. В совокупности все это дает еще и максимальное удешевление технического комплекса.

У нас получается образ производственной системы в виде скатерти-самобранки. Такой сказочный объект способен легко адаптироваться к изменениям сферы потребления, источникам сырья, топлива, энергии и сохранять устойчивость функции производить то, что необходимо в данный момент, и столько, сколько требуется. Это то, что нам сегодня нужно.

Суть подобной методологии проектирования ППТ в том, что она дает возможность формировать не один «вход и выход», а множество источников сырья и множество видов выходной продукции.

У проектанта появляется возможность увеличивать или уменьшать число вариаций соединения технологических аппаратов, меняя режимы их работы с учетом внешних условий. Отсюда и бесконечность алгоритмов переработки сырья в продукты, каждый из которых имеет свои форму, свойства и потребителя. Такая производственная система будет способна защитить себя не от одного (например, климатического), а от всего множества различных угрожающих факторов за счет своей компактности, автономности и незаметности.

Самое интересное, что в системе управления такой замкнутой производственной системой не должно быть человека. Необходимо избавиться от его присутствия при работе технических систем, так как это инициирует не только затраты и опасности, но и возможность искажения входящей и исходящей информации. Надо, чтобы ответственность за алгоритм действий аппаратов и оборудования возлагалась только на его проектанта, а не на виртуальный «персонал» промышленного объекта.

Все сказанное приводит к мысли, что каким бы ни был план развития ППТ, во всех случаях нам придется возрождать науку о технологиях на новых фундаментальных основаниях и в полном соответствии с принципами, по которым происходят все природные процессы.

Еще по теме:
11.10.2024
Как образуются нефть и газ? Многие считают, что этот вопрос уже давно решен, но директор Института проблем нефти и газа ...
27.09.2024
В процессе энергоперехода России важно отстоять свои национальные интересы, связанные в том числе с добычей углеводородо...
18.09.2024
Нам необходима новая программа освоения Луны под эгидой международного консорциума доверенных стран для создания своих п...
04.09.2024
Последние научные исследования дают возможность посмотреть на нефть как на возобновляемый источник энергии. И если это т...
Наверх