Изобретаем колесо?

На семинаре по развитию инженерно‑технического мышления в октябре 2011 года его ведущий и один из авторов этой книги С.В. Ёлкин дал своим слушателям такое задание.

ВОПРОС № 68

«Используя законы развития технических систем (ЗРТС), предсказать, как будет изменяться в ближайшей и отдалённой перспективе автомобильное колесо…»

Хотя вопрос мы предварительно вынесли на рассмотрение пользователей электронного форума «Междисциплинарные исследования», и даже самый стеснительный студент мог скрыть свою боязнь ошибиться за интернетовским ником – уже тогда с вариантами ответов возникли трудности буквально на ровном месте. Мы попробовали раскачать студенческую аудиторию.

Дмитрий . Автомобильное колесо? Например, будет похоже на шарик компьютерной мыши или «трекбола» и обладать большим числом степеней свобод.

Сергей. Это здорово, увеличение степеней свободы увеличит манёвренность авто. А как будет передаваться усилие от мотора на колесо? Хотя бы гипотетически.

Дмитрий . Электромагнитно. Между прочим, кто сказал, что «мотор» машины будущего будет вращать колёса механически? Ну а если шарики‑колёса даже не соприкасаются с корпусом машины. Рассмотрим некоторые этапы эволюции колёсного транспорта! Cперва колеса не было, а были волокуши. Потом догадались взять бревно или несколько брёвен и волоком тащить‑катить груз, положив на эти брёвна. Так варяги вместе со своими лодьями могли переходить по суше из реки в реку… Затем догадались брёвна порезать по торцу и получить колёса по типу «блин». Затем перешли к колесу со спицами. Потом на колесо со спицами надели резиновые рессоры и даже гусеницы. Все эти изменения касались колёс в двухмерном измерении, и, чтобы поменять направление движения, надо поворачивать два колеса, закреплённых параллельно на общей оси. Следующий шаг – переход в другое измерение, трёхмерное. Вместо колеса – шар. Автомобиль сможет двигаться не только вперёд‑назад, но и вбок, вправо и влево из положения покоя. Следующий шаг вообще отказ от колёс…

Сергей (через несколько дней после начала обсуждения в Интернете). От колёс уже отказались, например, экранолёты.

Но колесо как элемент автомобиля сохранилось. Оно не исчерпало возможностей развития. В последние десятилетия им приобретены следующие возможности: подкачка шин в зависимости от типа дороги (динамизация) у грузовиков; самозарастающие повреждения (динамизация, самоорганизация); бескамерные шины (шаг в сторону полюса идеальности); бесшумные протекторы (к полюсу идеальности). В ближайшее время своё слово скажут нанотехнологии (переход на микроуровень) и информационные технологии (интеллектуальные шины), а также их синтез (интеллектульные шины на микроуровне).

Без всяких нанотехнологий напрашивается управление шипами в зависимости от сезона: стало холодно – шипы вылезли сами, потеплело – спрятались [53] . Не нужно переходить на зимнюю резину. Это значительный успех!

Однако есть здесь техническое противоречие, требующее разрешения: шипы на эффекте памяти формы способны вылезать из шин только при нагревании, а не при охлаждении. При охлаждении они не способны развить значительного усилия. Значит, требуется обратный механизм – как с центрифугой, создающей давление в центре.

Тензодатчики (датчики давления) уже производят в массовых количествах. Соединим их с наночипами. Это позволит менять характер протектора в зависимости от характера дороги. Водители со стажем знают, что зимние шины сделаны из более мягкой резины, а летние наоборот. Существуют ещё всесезонные шины, но это просто некоторый промежуточный вариант. Надо сказать, что сделать резину, которая становится более мягкой при снижении температуры, ещё не удалось (мера хаоса замкнутой системы при снижении температуры обычно падает). Это против существующих законов атомной физики, но это не значит, что задача не может быть решена.

Наночипы можно встраивать в шины и диски и получать информацию на автокомпьютере о характере дороги, давлении в шинах, получать рекомендации о режиме движения и предотвращать некоторые ДТП…

А ведь я не отличаю дорогую резину от дешёвой, в отличие от моих студентов. Тем не менее на минувшей контрольной многие дальше плагиата о сферических колёсах не пошли…

Минул год. 17 октября 2012‑го в научно‑популярном журнале «Технологии будущего» появилось следующее сообщение:

«Как мы знаем, история колеса насчитывает уже более чем тысячу лет. За всё это время оно, конечно, претерпело некоторые изменения, например, приобрело резиновое покрытие, стальные спицы и тому подобное, однако так и осталось обычным колесом. Казалось бы, ничего нового тут уже не придумаешь, правда, студенты из колледжа инженерии Чарльза Дэвидсона (университет Сан‑Хосе) решили всё‑таки выйти «за грани возможного». Если точнее, они использовали уже не сами колёса, а большие шары, или сферы. Иными словами, смекалистые ученики нашли забавную альтернативу тривиальным колёсам. Группа студентов из Сан‑Хосе сконструировала на основе таких шаров самый настоящий мотоцикл. Тут сферические колёса было решено изготовить из стекло– и углеволокна, а потом покрыть их специальной резиной. Вопрос – как же такие чудесные колёса приводятся в действие? Тут используется так называемое фрикционное сцепление и три электрических двигателя, которые установлены выше – около вилки и подрамника. Такие колёса могут вращаться практически в любом направлении, что в случае с мотоциклом, конечно, не очень удобно. Проблему планируется решить с помощью гидроакселерометра и компьютерного управления».

Надо упомянуть ещё одно парадоксальное решение. Пятнадцать лет назад в лабораториях компании Michelin началось создание экологически чистого электрического колеса будущего, вмещающего в себя весь автомобиль, не считая кузова и сидений: двигатель, трансмиссию, подвеску, рулевое управление и тормозную систему… Об этих успехах сообщал журнал «Популярная механика» в апреле 2009 года.

Предлагаем продолжить разбор эволюции колеса! Мяч на вашей половине поля, дорогие читатели!