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».

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.

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.

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.