100 великих достижений в мире техники

Не надо думать, что технические чудеса нужны только в городе. На селе они тоже пригодятся. Специалисты это прекрасно понимают, придумав немало интересного и для сельского хозяйства.

Какой заряд у дождика?

Казалось бы, какая растению разница, поливает его дождь или человек с помощью лейки или дождевальной установки? Но оказалось, все не так просто….

В свое время доктор биологических наук, заслуженный деятель науки России З.И. Журбицкий и изобретатель И.А. Остряков поставили перед собой задачу: выяснить, как влияет электричество на один из главных процессов в жизни растений – фотосинтез.

С этой целью они, например, ставили такие опыты. Заряжали воздух электричеством и пропускали воздушный поток под стеклянным колпаком, где стояли растения. Оказалось, что в таком воздухе в 2–3 раза ускоряются процессы поглощения углекислого газа. Подвергались электролизации и сами растения. Растения, побывавшие под отрицательным электрическим полем, растут быстрее обычного. За месяц они обгоняют своих собратьев на несколько сантиметров. Причем ускоренное развитие продолжается и после снятия потенциала.

Накопленные факты дают возможность сделать некоторые выводы. Создавая положительное поле вокруг надземной части растения, мы улучшаем фотосинтез, растение будет интенсивнее накапливать зеленую массу. Отрицательные же ионы благотворно влияют на развитие корневой системы. Таким образом, кроме всего прочего, появляется возможность избирательного влияния на растение в зависимости от того, что именно, «вершки» или «корешки», нам нужны.

Ученые утверждают, что вовремя прошедший дождь намного эффективней своевременной поливки…

«Как специалиста, который некогда работал в производственном объединении “Союзводпроект”, – рассказал Игорь Алексеевич Остряков, – электрические поля интересуют меня еще и вот с какой точки зрения. Питательные вещества из почвы могут проникнуть в растения только в виде водных растворов. Казалось бы, растению все равно, откуда получать воду – из дождевого облака или из дождевальной установки. Ан нет, опыты неопровержимо доказывают: вовремя прошедший дождь намного эффективней своевременной поливки»…

Стали ученые разбираться, чем дождевая капля отличается от водопроводной. И выяснили: в грозовом облаке капельки при трении о воздух приобретают электрический заряд. В большинстве случаев положительный, иногда отрицательный. Вот этот-то заряд капли и служит дополнительным стимулятором роста растений. Вода в водопроводе такого заряда не имеет.

Более того, чтобы водяной пар в облаке превратился в каплю, ему нужно ядро конденсации – какая-нибудь ничтожная пылинка, поднятая ветром с поверхности земли. Вокруг нее и начинают скапливаться молекулы воды, превращаясь из пара в жидкость. Исследования показали, что такие пылинки очень часто содержат в своем составе мельчайшие крупинки меди, молибдена, золота и других микроэлементов, благотворно влияющих на растения.

Ну а раз все это так, почему бы и искусственный дождик не сделать подобием естественного? Конечно, сказать легче, чем выполнить, но определенные достижения в этой области уже есть. В конце прошлого века И.А. Остряков получил авторское свидетельство на электрогидроаэроионизатор – прибор, который создает электрический заряд на капельках воды. По существу, это устройство представляет собой электрический индуктор, который устанавливается на трубе разбрызгивателя дождевальной установки с таким расчетом, чтобы сквозь его рамку пролетела уже не струя воды, а рой отдельных капель.

Сконструирован и дозатор, позволяющий добавлять в водный поток микроэлементы. Устроен он так. В рукав, подающий воду в дождевальную установку, врезается кусок трубы и электроизоляционного материала. A в трубе располагаются молибденовые, медные, цинковые электроды… Словом, из того материала, какой микроэлемент нужен для подкормки. При подаче тока ионы начинают переходить с одного электрода на другой. При этом часть их смывается водой и попадает в почву. Количество ионов можно регулировать, меняя напряжение на электродах.

Если же нужно насытить почву микроэлементами бора, йода и других веществ, не проводящих электрического тока, в действие вступает дозатор другого типа. В трубу с проточной водой опускают кубик из бетона, разделенный внутри на отсеки, в которых и помещаются нужные микроэлементы. Крышки отсеков служат электродами. Когда на них подается напряжение, микроэлектроды проходят сквозь поры в бетоне и уносятся водою в почву.

Аэродинамика… плуга

На одном из слетов научных обществ учащихся устроили ребята защиту фантастических проектов. Ну и повеселились же! Например, мальчишки из Краснодара предложили пахать с помощью… самолетов! Прицепить-де к крылатому трактору плуг – и полный вперед! Только успевай поднимать плуг над городами, чтобы за трубы не зацепиться…

Но в каждой хорошей шутке, как известно, есть доля истины. «Конечно, плуг и самолет движутся каждый в своей среде: плуг – в почве, самолет – в воздухе, – рассудил сотрудник НИИ кукурузы, кандидат технических наук С.С. Тищенко. – Но это вовсе не значит, что между ними нет никакого сходства»…

Присмотримся, при движении плуг, стремясь сдвинуть почву перед собой, прежде всего сжимает, а потом разрушает ее. Но ведь и самолет в полете тоже разрушает структуру воздуха! Взвихривает его и как бы разбрасывает в стороны. При этом впереди самолета тоже образуется уплотнение – ударная волна. И эта волна, как ни странно на первый взгляд, имеет ту же физическую сущность, что и уплотнение в почве – расстояние между молекулами уменьшается.

Плуг XXI　века учитывает и законы аэродинамики

«Отсюда первый вывод: часть энергии любого движущегося тела затрачивается на разрушение среды и предшествующее этому сжатие, – продолжает Тищенко. – Запомним и пойдем дальше»…

Под действием плуга разрушенная почва движется по отвалу, сползая сплошным потоком. Так она приобретает кинетическую энергию, за счет которой и происходят оборот пласта, отбрасывание почвы в соседнюю борозду… Воздушный поток, обтекающий самолет, тоже приобретает кинетическую энергию. При этом поток закручивается в турбулентные вихри, которые еще долго вращаются и после того, как самолет пролетел.

На очереди вывод второй: часть энергии движущегося тела обязательно затрачивается и на сообщение кинетической энергии частицам, соприкасающимся с ним.

Наконец, третий вывод: и при движении плуга в почве, и при полете самолета обязательно трение, на преодоление которого расходуется часть энергии.

В итоге мы с вами, вслед за замечательным ученым, большим специалистом в области механизации сельского хозяйства академиком В.П. Горячкиным, придем к такому закону: «Любое тело, движущееся в среде, затрачивает энергию как на ее разрушение, раздвигание в стороны, так и на трение…»

А теперь посмотрим, какие затраты энергии полезны, а какие вредны.

Разрушение почвы лемехом, конечно, полезно – это и есть основная задача пахоты: взрыхлить землю, чтобы растениям было удобнее развиваться. А вот расходы на сжатие и трение вредны, они препятствуют выполнению основной задачи.

Раздвигание воздуха самолетом тоже полезно – иначе летательному аппарату просто негде было бы разместиться. А вот закручивать воздух вихрями, нагревать его трением о фюзеляж конструкторам не хотелось бы. Чтобы уменьшить нежелательные потери энергии, они стараются придать летательным аппаратам обтекаемую форму, подобрать такие материалы, когда бы обтекание было не турбулентным, вихревым, а ламинарным, т, е. спокойным, без завихрений.

Ну а что могут предложить конструкторы сельхозтехники? Тоже немало. В последние годы они провели целый ряд исследований по совершенствованию динамики плуга. Углы заточки лемехов, кривые лемешных отвалов подбираются так, чтобы почва разрушалась с наименьшими затратами энергии. А то порой даже могучие «Кировцы» оказываются не в силах тащить за собой многолемешные, широкозахватные плуги.

Одно из последних достижений аэродинамики – сотовое крыло. Кто о нем еще не слышал – два слова пояснения. Сотовым называется крыло, поверхность которого испещрена миллионами крошечных отверстий, прожигаемых лазером. Через них с поверхности крыла отсасывается турбулентный поток, и обтекание становится ламинарным, спокойным. Нечто подобное применили и в конструкции плугов: сплошные отвалы в некоторых случаях заменяют полосовыми, то есть испещренными щелями. И пожалуйста – сопротивление таких плугов, особенно на влажных глинистых почвах, сокращается на четверть, а то и на треть.

Еще одна аналогия с самолетостроением – использование специальных покрытий. Полимерные пленки позволяют уменьшить сопротивление самолета воздушному потоку на 10–15 %. На ту же величину снижается трение в почве, если на поверхность отвалов нанести скользкое пластиковое покрытие. А это, сами понимаете, экономит горючее, оборачиваясь сотнями тысяч рублей прибыли.

Правда, при трении о почву пластики довольно быстро истираются. Тогда стали использовать еще одну новинку «высокой технологии»– металлизированную пластмассу, у которой коэффициент трения пластика, а прочность – металла.

Но все это лишь одна сторона медали. Сторона другая: самолет за 100 лет из полотняной «этажерки» превратился в могучую машину. Плуг же за последние 200 лет принципиально не изменился. Почему? В немалой степени совершенствованию авиации способствовали усилия не только аэродинамики, но и двигателистов, создавших реактивные турбины. На полях же до сих пор урчат двигатели внутреннего сгорания…

Нет, реактивного трактора пока еще никто не придумал (разве что мальчишки из Краснодара). А вот реактивные плуги есть. Одна из разновидностей такого агрегата, разработанная в НПО «Целинсельхозмеханизация», используется для углубленного рыхления почвы.

«Исследования показали: нынешние “Кировцы” и им подобные «мастодонты», увы, уплотняют почву на глубину 70–90 см, – рассказывает заведующий лабораторией механизации обработки почвы и посева кандидат технических наук Г.З. Гайфуллин. – Так уплотняют, что даже бурьян не растет. Использовать для рыхления такой почвы обычные плуги – мало толку. Чтобы произвести вспашку на подобную глубину, на поле впору загонять спарку тяжелых тракторов. А они дополнительно прикатают землю»…

Что же придумали? Конструкция нового плуга-рыхлителя выглядит так. Острый и узкий лемех с тщательно подобранными углами резания позволяет с меньшими затратами энергии углубляться на нужные десятки сантиметров. А чтобы затем плугу было легче передвигаться в почве, вместо обычного отвала поставлен своеобразный винт-«пропеллер», или почвенная фреза. Она-то и является реактивным если не двигателем, то движителем.

Когда лемех продвигается в земле, взрыхленная им почва проворачивает лопасти фрезы. При этом происходит не только разрыхление уплотнений, но и подталкивание лемеха вперед и не как-нибудь, а за счет реактивной отдачи. Чтобы получить такой эффект, изобретателям пришлось немало потрудиться, призвав в союзники законы динамики сплошных сред.

И это лишь одна из новинок, которая роднит сельское хозяйство с авиацией. А слышали ли вы о плуге на воздушной подушке? Такую конструкцию придумал еще в 70-х годах XX века советский изобретатель А.А. Кузнецов. Отработанные газы тракторного двигателя он предложил подводить к специальным соплам, сделанным на поверхности лемеха. В итоге струйки сжатого воздуха дробят почву, а вдобавок как бы обволакивают поверхность стали, препятствуя налипанию почвы на лемеха и отвалы. При глубине вспашки до 35 см тяговое усилие снижается на 9—20 %.

А вот что предлагает московский профессор А.А. Дубровский. Вместо стальных корпусов на плуге устанавливаются вертикальные пластины с обтекаемыми утолщениями. Казалось бы, после прохода такого плуга в почве должна оставаться лишь узкая щель. Образуется же широкая полоса, тщательно взрыхленная на метровую глубину. Догадались почему? Правильно, в роли трудяги-крота выступает сжатый воздух. Вырываясь из трубок утолщений под давлением в несколько атмосфер, он не только подталкивает плуг за счет реактивной тяги, но и дробит почву, превращая ее в мягкую перину для семян. Прорастающие растения смогут быстрее развиваться, давая добрый урожай.

…Вот, оказывается, сколь много общего у сельского хозяйства и авиации. И это сходство, вероятно, специалисты используют еще не раз.

Зачем трактору «тапочки»?

Колесо или гусеница? Такая альтернатива уже давно стоит перед специалистами сельскохозяйственного тракторостроения. Дело в том, что нынешние тяжелые трактора изрядно калечат почву своими гусеницами, прикатывают ее, будто дорогу. И порою даже удивительно, как на множество раз «проутюженном» поле еще что-то растет?

Понятное дело, все это не устраивает как фермеров и других тружеников сельского хозяйства, так и разработчиков сельскохозяйственной техники. И кое-что для исправления положения они уже придумали.

Трактор в «галошах». Он резко выделялся в ряду других на выставке сельскохозяйственных машин, прошедшей в Москве на Красной Пресне. Прежде всего необычной формой гусениц. Они были… треугольными.

Сидевший в кабине сотрудник Научного автотракторного института (НАТИ) В.М. Пономаренко рассказывал об особенностях выставленной машины.

«Идея подобного трактора, что называется, витала в воздухе. Конструкторы – и наши, и за рубежом – давно пытались переместить центр тяжести гусеничной машины таким образом, чтобы получить оптимальное распределение весовой нагрузки по осям. Как правило, он смещен назад, в итоге задние катки получаются перегруженными, а удельное давление их на почву 1–1,5 кг/см² вместо оптимальных 0,45—0,5. Правда, у колесного “Кировца” дела обстоят еще хуже: при удельном давлении 2,5–3 кг/см² он уплотняет почву до метровой глубины».

Положение усугубляется еще и тем, что большинство сельскохозяйственных орудий, прежде всего плуги, цепляют к трактору опять-таки сзади. Потому для противовеса на сравнительно легкие машины типа «Беларусь» и приходится навешивать перед капотом дополнительный груз, чтобы трактор не вставал на дыбы, словно норовистый конь. На Алтайском тракторном заводе попытались было перемещать двигатель по раме, чтобы его массой уравнивать нагрузку. Однако кардинально это не решило проблему.

В начале 90-х годов XX века американцы предложили расположить ведущий каток гусеницы выше ведомых – этаким треугольником. Вариант был апробирован на тракторах Д-10 и Д-9L и оправдал себя. Распределение массы по осям стало более равномерным.

Двойные шины не дают трактору увязнуть на поле

Следующий шаг сделали специалисты НАТИ, создав сельскохозяйственный трактор общего назначения. Его двигателю мощностью 250 лошадиных сил оказалось вполне по силам тащить орудия, которые ныне выпускаются для супермощного «Кировца», а среднее удельное давление машины на почву удалось довести до 0,38 кг/см².

У детища НАТИ немало новшеств: трансмиссия с переключением передач на ходу, бесступенчатый механизм поворота, комфортабельная шумо– и виброзащищенная кабина… Но изюминка все-таки – гусеница. Она не только необычной формы, но и выполнена из весьма своеобразного материала.

«Нашим институтом разработано их два варианта: стальные с резинометаллическими шарнирами и целиком резиновые», – пояснил Пономаренко. Взаимодействия с почвой у резино-армированных гусениц почти такое же, что и у резиновых шин, а давление на грунт еще меньше из-за большей, чем у колеса, площади опоры. Такой трактор не вязнет в грунте даже в весеннюю распутицу. Стало быть, сельхозработы можно начинать на пару недель раньше.

Не причиняют «мягкие» гусеницы вреда и асфальтовому покрытию. Это особенно важно для Подмосковья, где на пути в поле сельхозтехника то и дело выезжает на магистральные автотрассы.

Резиновые гусеницы оказались столь же долговечными, что и стальные. Их ни разу не пришлось менять за 2,5 года испытания нового трактора в АО «Теряевское» Волоколамского района.

Пока, правда, используется японская резина, однако наши специалисты обещают в ближайшее время создать отечественный аналог подобной резины с теми же характеристиками.

«Так что приезжайте к нам в НАТИ, – пригласил Пономаренко. – Немало интересного увидите!»

Колесо с «копытами». У входа в корпус НАТИ стоят древний, начала века, трактор с огромными металлическими шипами на стальных колесах и современный, на резиновом ходу. Так сказать, наглядное напоминание о пройденном пути.

А в кабинете академика М.С. Сагова – генерального директора Научно-производственного объединения «БИОНИТ» при НАТИ, мне показали еще одну новинку – пластиковое колесо.

– Точнее, это адаптированный колесный движитель АКД, – пояснил Магомет Салиханович. – Подсказала нам его конструкцию сама природа… Вы обращали внимание, на пастбищах выпасают многочисленные стада крупного рогатого скота, табуны лошадей. Казалось бы, жесткие копыта животных должны истребить всю растительность. Так нет же, пастбища не гибнут, трава отрастает заново. Тогда почему раны, нанесенные живой природе гусеницами машин, не заживают десятилетиями?

Ответ вроде бы нам уже ясен – все дело в давлении, оказываемом машинами на почву. Но все не так просто. Ведь есть машины, у которых удельное давление значительно меньше, чем у животных.

Вывод? Разгадка не столько в силе, сколько в характере этого давления. Под ногами животных почва не переуплотняется, а, напротив, даже разрыхляется, чем улучшаются ее механические свойства. А коли так, не попытаться ли создать движители для машин, которые бы при соприкосновении с землей оказывали подобное же воздействие.

Однако реализовать идею оказалось непросто. Вот уже несколько десятилетий идут работы над разными модификациями шагоходов. Пока машины еще и не вышли за стены лабораторий и испытательных полигонов. Так как же они выглядят?

«Мы взяли за основу естественный принцип взаимодействия ноги и почвы, – продолжил свой рассказ академик Сагов. – Его механизм у животных отнюдь не одинаков. Скажем, у лошадей копыта цельные, у крупного рогатого скота – раздвоенные. А у верблюдов вообще нет твердых копыт, а этакие мозоли на подошвах. Нечто подобное и у северного оленя. Не кажется ли странным такое сходство у обитателей столь разных регионов – знойных пустынь и вечной мерзлоты?»

Но вспомним: сухой, сыпучий снег Заполярья сильно напоминает пески барханов. Это подтверждают и наблюдения – глубина погружения в почву ног этих животных при ходьбе и там, и здесь оказалась сходной.

Отсутствие же у оленя грубых копыт стало спасением тундры. Слой почвы здесь очень тонок, растительность весьма ранима, и «мягкая обувка» оленей не наносит вреда природе.

«Изучив эти премудрости, мы и попробовали использовать результаты наблюдений при создании новых движителей, – продолжал Магомет Салиханович. – Разработали несколько вариантов колес применительно к тем или иным видам почвы. Они не только не калечат землю, но и даже разрыхляют ее при переуплотнении».

На первый взгляд в новом колесе нет ничего хитрого. Лишь несколько видоизмененный протектор – с грунтозацепами различной формы для разного типа почв. Но в этом-то и все дело. Подобные грунтозацепы разрыхляют почву, словно папы роторного культиватора. Сделаны они из полиуретана, поскольку резина, изнашиваясь, засоряет почву вредными веществами.

Испытания показали и еще одно достоинство нового колеса. Оно меньше вязнет в рыхлой и размокшей почве. И это позволяет примерно на треть снизить энергозатраты при сельхозработах.

Пластиковые колеса куда долговечнее резиновых. За тракторный век те приходится менять 3–5 раз, затрачивая столько же средств, что и на саму машину. Срок же службы адаптированного колесного движителя равен агрегатному.

Наконец, тяговые свойства новых движителей за счет лучшего сцепления превосходят обычные колесные в 1,5–2 раза. Значит, трактора будут меньше буксовать, что опять-таки благотворно скажется на почве.

Словом, как видите, соревнование колеса и гусеницы продолжается.

Как корова на грядке выросла…

Однажды мне попался на глаза фантастический рассказ о том, как работники научной станции на Луне прослышали, что приехавший к ним сенатор-ревизор – большой любитель свежего молока. Для него два сотрудника и решили создать киберкорову. Не везти же настоящую с Земли?! Взяли они клетки коровьего вымени, заложили в биореактор, задали необходимый режим, и в надлежащий срок выросло нечто, способное давать молоко. Сенатор остался очень доволен, написал в отчете, что на лунной станции ведутся весьма ценные и полезные научные эксперименты…

«Стоило огород городить? – улыбнулся, услышав пересказ этой истории, Александр Подобедов. – Наша “корова” проще и покомпактнее. Вон на столе стоит»…

Действительно, на столе неподалеку стоял небольшой компактный агрегат. Он и отдаленно не напоминал кибера, тем более живую корову, но тем не менее исправно давал молоко. Правда, не совсем обычное – соевое.

«Давно пора накормить людей вкусно, калорийно и недорого, – пояснил ситуацию мой собеседник. – Вот мы и вспомнили о сое…» Краснодарская ассоциация переработчиков сои «АС Соя», генеральным директором которой и является мой новый знакомый, на дегустации в Москве организовала показ и дала попробовать журналистам целый ряд продуктов, производимых на основе этого растительного белка. Кто не знает, поясню: соя – в какой-то мере родственник обыкновенной фасоли и гороха, тоже относится к семейству бобовых.

Соя　– родственница обыкновенной фасоли и гороха

В XIX веке посевы этой культуры можно было обнаружить лишь в странах Дальнего Востока да в Китае. Однако в начале XX века селекционер В. Золотницкий обнаружил, что соя прекрасно растет и у нас в Приамурье. Теперь это полезное растение продвинулось далеко на запад: в наши дни ее сеют на Ставрополье и Краснодарском крае. Она дает прекрасные урожаи бобов, которые очень богаты растительными белками, которые соя получает, перерабатывая азот из почвы. Правда, сами по себе бобы эти даже животные едят не очень охотно. Но вот если перемолоть сою на муку, а потом добавить к обычным кормам, то телята, например, от такой добавки растут намного быстрее обычного. В Краснодарском крае производством растительного белка начали заниматься в 1990 году. А спустя четыре года поняли, что соевый белок вполне могут использовать и люди. «В конце 90-х годов мы запустили первую “соевую корову”, – говорит директор. – А теперь их уже триста. Но все равно для России – это капля в море»…

Поначалу технологию хотели базировать на импортном оборудовании. Было закуплено 30 канадских машин. Но оказалось, что хотя и стоят они очень дорого, но имеют немало недостатков. Теперь подобные машины производят в России, и даже сами канадцы говорят, что наши машины получились лучше.

В общем, исследователи научно-технического центра ассоциации разработали оригинальные методики использования сои, новые технологии ее выращивания и переработки, в том числе и такие, каких еще нет на Западе. «А там, глядишь, кто-нибудь из космонавтов вывезет нашу “соевую корову” на орбиту, а то и отправится она на постоянное местожительство на Луну или даже Марс, – размечтался директор. – А что – вполне такое может быть: продукт-то она дает полезный»…

Зачем сеть на картофельном поле?

Есть картошку многие любят, а вот убирать… Нелегкая это работа – нагнуться за каждым клубнем, поднять его и опустить в ведро. За день так намаешься, что уж и картошечке на столе не рад. А нельзя ли как-то облегчить уборку картофеля?

Конечно, можно. Именно для этого конструкторы и придумали картофелеуборочные машины. Однако многим из них свойственны недостатки. Одни потребляют много энергии, другие работают лишь на сухих песчаных почвах, третьи – повреждают картофельные клубни. Между тем ныне изобретены устройства и машины, которые должны решить эти проблемы.

Картошка в чулке. У этого способа три автора. Все трое – горожане, все знакомы с техникой. И к картошке отношение имеют примерно одинаковое: выращивают ее на дачных участках, по осени выезжают убирать урожай в подшефные колхозы и совхозы.

К изобретению каждый пришел своим путем.

…Костя Уткин в то время был учащимся ПТУ № 33 Санкт-Петербурга. И занимался в лаборатории технического творчества, которая есть при училище. Организатор лаборатории, изобретатель А.М. Иванов, учил ребят внимательно смотреть вокруг, находить свои, неожиданные и простые решения проблем.

Убирать картошку вручную в подшефном колхозе Константину Уткину не понравилось. Нагибаться за каждой картофелиной не так уж легко. К вечеру поясница даже у молодого человека словно чужая… «Добывать» картошку в магазине куда легче. Там она в сетках лежит. Факт, казалось бы, будничный. Картошку в городах довольно часто продают в пакетах и сетках. Домой ее носят в сетчатых авоськах – это тоже каждый видел. Что тут нового?.. А мысль изобретательного человека уже заработала: «Покупатель получает картошку в сетке. А что, если ее прямо в этой сетке и выращивать?..»

Идея была настолько простой и в то же время неожиданной, что поначалу даже сам Костя не поверил в возможность ее осуществления. Решил проверить свою догадку на практике.

Современный картофельный комбайн требует ручного труда

Поскольку под рукой подходящей синтетической сетки не оказалось, обошелся тем, что нашел, – старыми капроновыми чулками.

По весне он поместил клубни в мешочки из капроновых чулок и посадил их в почву с таким расчетом, чтобы кончики мешочков наружу из земли выглядывали. А по осени убирать ее оказалось намного легче; дернул за конец сетки, предусмотрительно оставленный весной на поверхности земли, – и картофельный куст у тебя в руках.

Мешки на привязи. Инженер из Казани Б.П. Липский подошел к проблеме по-другому. «В колхозе мне не раз приходилось наблюдать печальную картину, – рассказал он. – К уборке картофеля в достаточном количестве подготовлена современная техника, а посылать ее на поле не имеет смысла: земля после дождей раскисла, клубни из нее извлечь машиной невозможно»…

Вот поле подсохло. Можно приступить к машинной уборке. Но присмотритесь внимательно, как работает обычный картофелеуборочный комбайн. По существу, это небольшой экскаватор. Чтобы извлечь килограмм картофеля, комбайн измельчает и просеивает до 200 кг земли. Представляете, сколько энергии при этом расходуется впустую?

«Поддевать нужно чем-то клубни, в этом вся штука, – продолжал рассказ Липский. – Тут и подоспела новость – придумка Уткина»… Прочитав о «картошке в чулке» – об этом написала «Комсомольская правда», – Б.П. Липский обрадовался: «Вот путь к решению!..»

Для того чтобы придумку школьника для дачного участка можно было осуществить на колхозном поле, нужно сеточки с клубнями связать вместе капроновой же веревкой. Тогда можно будет и посадку и уборку механизировать. Вот только сложно все получается. Машина для закладывания клубней в мешочки нужна? Нужна. А агрегат для связывания мешочков в единую цепь? А посадочная машина? А уборочная?.. Словом, выходит, надо целый машинный парк создавать. Причем машины эти будут работать лишь раз в году, а остальное время простаивать. Быть может, отдельные мешочки стоит заменить единой сетчатой лентой?..

Сеть в огороде. И еще одного изобретателя увлекла идея убирать картошку при любой погоде и без потерь. Ему тоже не нравилось, как работают комбайны.

Изобретатель из Тулы Лев Емельянович Панасюк начал экспериментировать. Вместо механизмов попробовал использовать гидравлику, воздушное разрежение…

«Потом я решил попросить помощи у природы, – рассказал Лев Емельянович. – Уж сколько раз она выручала конструкторов! Не может быть, чтобы и в этот раз она не дала никакого совета»…

Так на подоконниках квартиры Панасюка появились цветочные горшки. И росли в них не какие-нибудь экзотические кактусы, а самая прозаическая картошка. Каждые пятнадцать дней Лев Емельянович брал один из горшков, осторожно размывал землю струей воды, интересовался подробностями образования клубней.

И сделал для себя открытие – клубни образуются на столонах. Столоны – это побеги, которые вырастают из «глазков» посаженного клубня. Если столон пробивается на поверхность земли, на нем вырастают листья, потом цветы и семена. А вот если побег остается в земле, на нем завязываются новые клубеньки. А вокруг образуется обычная корневая система. Конечно, биологам все это было давным-давно известно. Но Лев Емельянович смотрел на картофельный куст со своей, инженерной точки зрения. И природа не отказала изобретателю в подсказке. Каким образом?

Кроме разницы в своем назначении – корни доставляют растению питательные вещества, а столоны берут их для формирования и роста клубней, те и другие разнятся еще по своей толщине. Диаметр каждого корешка составляет в среднем 1 мм, в то время как толщина столона достигает 3 мм.

Значит, если сажать картофель в сетке, ячейки которой будут такой величины, что пропустят корешки, но не пропустят столоны, то осенью с помощью той же сетки можно будет и доставать картофель из-под земли. Чистенький, неповрежденный!..

На этом принципе и работают машины, сконструированные Л.Е. Панасюком.

…Три изобретателя, начавшие работу примерно в одно время, независимо друг от друга, решили проблему каждый по-своему. Но это вовсе не значит, что ту же задачу нельзя решить еще и четвертым, и пятым способами… Страна наша огромна, картофельные поля занимают в ней свыше 7 млн га. Так что места на этих полях, наверное, хватит разным машинам.

Картофельный детектор

В хлопотах и заботах незаметно прошло лето. Пора и урожай собирать. Но даже человек с его изощренным зрением не всегда может отличить покрытую мокрой осенней землей картофелину от такого же черного комка почвы. Что же говорить о картофельных комбайнах, гребущих с поля все подряд? Нельзя ли сразу на поле производить и сортировку?

Немало поломали голову над этой проблемой инженеры. Какие только детекторы не перепробовали: механические, телевизионные, ультразвуковые!.. Немецкие ученые как-то даже решили наделить машину «всевидящим» гамма-зрением – поставили на подборочный конвейер что-то вроде рентгеновского аппарата. Его лучи пронизывали насквозь земляные комья и клубни, а стоящий напротив датчика приемник определял «что есть что».

Но гамма-лучи вредны для здоровья людей, и при работе с ними приходится принимать специальные меры предосторожности. Кроме того, как оказалось, для безошибочного детектирования необходимо, чтобы все клубни и комья были приблизительно одинакового диаметра.

Контролировать уборку картофеля можно с помощью емкостного датчика

По другому пути пошли специалисты Рязанского радиотехнического института; старший преподаватель А.Д. Касаткин и тогдашний студент-дипломник, а ныне уже инженер Сергей Решетников.

Они взглянули на картофельный клубень с точки зрения физики. Известно, что емкость конденсатора зависит от проницаемости материала, заложенного между его обкладками. Меняется диэлектрическая проницаемость. Меняется и емкость. Этот физический принцип и был положен в основу детектирования, так как диэлектрическая проницаемость картофеля оказалась отличной от диэлектрической проницаемости земли.

Но найти правильный физический принцип – только начало дела. Нужно было еще выяснить, на каких частотах детектор будет работать в оптимальном режиме, разработать принципиальную схему устройства, проверить правильность разработки на лабораторном макете.

«Наиболее трудной частью работы оказалось создание чувствительного емкостного датчика, – рассказывал Сергей Решетников. – Мы перебрали несколько вариантов и в конце концов остановились на такой конструкции. Датчик представляет собой две пружинные пластинки, расположенные друг относительно друга под некоторым углом. В эту своеобразную воронку и падают картофелины вперемешку с комьями земли. Как только картофелина или комок касаются обкладок конденсатора, система управления вырабатывает сигнал, значение которого зависит от диэлектрической проницаемости объекта, находящегося внутри датчика. Исполнительный орган – заслонка отклоняется в ту или иную сторону, производя сортировку»…

Эта работа удостоена награды Всероссийского студенческого научно-технического общества. И как знать, возможно, пройдет еще какое-то время, и в конструкцию отечественных картофельных комбайнов, разрабатываемых здесь же, в Рязани, добавится еще один узел – картофельный детектор с емкостным датчиком.

Ропот про арбузный робот

Одна из наиболее трудоемких работ в сельском хозяйстве – уборка бахчевых культур. Попробуйте-ка потаскать по августовской жаре массивные – весом до 10 кг, а то и более – шары арбузов, эллипсоиды дынь. Тут поневоле задумаешься о механизации…

Первое упоминание о возможности повышения производительности работ, связанных с арбузами, мне попалось в книжке Льва Кассиля – бывшего саратовца (а в окрестностях этого волжского города, как известно, сплошные бахчи), ставшего московским писателем. Описание технологии погрузки арбузов на баржу до предела лаконично: девчата кидали, Антон Кандидов ловил. И, натренировавшись, стал вратарем сборной республики.

Потом и сам я внес посильную лепту в арбузную антологию, рассказав в 1976 году, как на Всесоюзном слете юных техников внимание жюри и прессы привлекла действующая модель бахчевого комбайна, созданная школьниками из Ростова-на-Дону. Один из авторов, Виктор Парасочка, так описывал особенности своего детища, способного по замыслу механизировать все операции цикла выращивания бахчевых – от посадки семян до уборки.

«Устройства для посадки, подкормки использовали готовые, от уже существующих сельскохозяйственных машин, – рассказывал он. – Сложнее оказалось наладить механизм уборки. Но все же справились – разработали механическую руку с вакуумным стаканом, который берет арбуз “на присос”. Уборка более нежных дынь производится рукой с резиновыми пальцами».

Одна из наиболее трудоемких работ в сельском хозяйстве　– уборка бахчевых культур

Но как научить машину отличать спелые плоды от неспелых? Тут и взрослые люди ошибаются. Оказывается, для этой цели приспособили рентген. «Оператор видит на экране: если косточки темные – значит, плоды спелые, если светлые – пусть немного полежат, дозреют», – пояснил Виктор.

Школьники получили заслуженные дипломы, а про их разработку незаслуженно забыли. Во всяком случае, когда пять лет спустя я побывал в Саратовском институте механизации сельского хозяйства, единственной новинкой, которую мне смогли продемонстрировать, были орудие УПВ-8 и подборщик ПБВ-1, повышавшие производительность труда на уборке бахчевых аж в 80 раз!

«Ого!» – удивленно воскликнете вы. Я тоже воскликнул, но мое удивление стало куда большим, когда поближе познакомился с этими агрегатами.

Представьте себе: по полю движется колесный трактор. По бокам от него, а также непосредственно перед колесами укреплены толкатели – прикрученные к раме пластиковые или резиновые пластины. Машина едет – они, как им и положено, толкают, катят по полю арбузы, насильно отрывая от плетей. Причем толкают все подряд – большие и маленькие, спелые и зеленые. Да и от самой плети после такого наезда остается одно воспоминание. Правда, арбузы при этом худо-бедно выстраиваются в некое подобие шеренги.

Тогда на поле выходит подборщик. К нему, опять-таки под углом к направлению движения, приделана эластичная планка. Действует она по примеру пластин валкообразователя: по мере перемещения подборщика вперед перекатывает арбузы влево, в ячейки барабана. Тот вращается, арбузы в ячейках поднимаются вверх, пока пальцы выталкивателя не подадут их на транспортер. А резиновая лента с бортиками (чтобы собранное не скатывалось) доставляет плоды прямо в кузов грузовика. Поскольку прямо сбросить арбузы на дно кузова – сразу же их и угробить, транспортер кончается клеткой-гасителем, по зигзагам которой они должны мягко скатываться вниз.

Насколько детища доцента В.И. Милюкова успешно справлялись с возложенной на них задачей, вы можете судить сами. Хотя бы по тому, что распространились сии агрегаты в основном по выставкам и институтам, а на поле их выпускали при крайней необходимости, когда уж урожай убирать совсем некому. Да и в самом деле: не все ли равно, какие арбузы попадут на корм скоту – целые или побитые?

На том, наверное, и стоило закончить арбузную эпопею, если бы не наши бывшие соотечественники, а ныне израильтяне. Воспользовались накопленным потенциалом в своем кибуце и предложили работоспособный арбузный комбайн. Нечто среднее между изобретениями ростовских школьников и волгоградского доцента. «Арбузный робот будет выглядеть как прицеп к трактору, оснащенный гибкими захватами, – говорит один из создателей прототипа Гейл Майлз. – Дополнительно он оснащается сильными вентиляторами и видеокамерами».

В общем, суть процедуры должна выглядеть так. Проезжая по бахче, агрегат струями воздуха раздвигает листья. Свет, отраженный непосредственно глянцевой арбузной коркой, фиксируется видеокамерами. Он тут же анализируется спектрометром. Кроме того, дополнительные датчики определяют состав и концентрацию ароматических газов, выделяемых растением. На основании полученной информации компьютер принимает решение о спелости того или иного плода. Если арбуз созрел, в действие вступает механическая рука со щупальцами, которая захватывает и срывает его. Перенося плод в транспортную тележку, робот одновременно взвешивает его и наклеивает кодирующую этикетку с указанием веса и даты уборки.

Ну а чтобы столь сложная техника не простаивала, ее создатели заложили в память робота программы, позволяющие использовать его для посадки, культивации и уборки не только бахчевых культур, но и салата, капусты…

«Мы полагаем, что при массовом производстве этот робот станет не дороже автомобиля-пикапа и будет вполне по карману фермерам», – пообещал инженер-разработчик.

…Такая вот получилась полосатая история. С эмигрантским хвостиком.

Мост через… поле

Представьте себе: вышли вы в поле и видите – через него вроде как мост перекинут. Или, говоря точнее, козловой кран установлен. Зачем он тут понадобился? Об этом я и попросил рассказать московского изобретателя И.А. Майсова, потратившего немало времени и сил на осуществление интересной технологии.

Идея Правоторова. По словам Ивана Александровича, сам он шел по стопам одного из родоначальников идеи мостового земледелия в нашей стране М.И. Правоторова. Но справедливости ради нужно сказать, что первыми были все-таки не наши соотечественники. Еще в 1860 году англичанин Генри Крафтон придумал и создал первой сельскохозяйственный «мост». Выглядел он так: два паровых локомобиля, шедшие параллельно, были соединены длинных бревном, к которому были прицеплены бороны.

Уже в XX веке идею развили, она обрела масштабность. Скажем, в 30-х годах, когда над ней работал и Правоторов, предлагалось перекрыть поле громадной, длиной в 100–150 м, решетчатой фермой-аркой. Она, словно мост, перекидывалась через всю ширину поля, опираясь своими концами на колесные тележки, которые должны были перемещаться по специальным рельсовым путям. Есть рельсы-направляющие и на самой ферме-арке, по ним, уже поперек поля, тоже движется тележка, на которую могут быть навешаны самые различные сельскохозяйственные орудия – плуги, бороны, культиваторы, сеялки и т. д.

Каковы преимущества такой схемы по сравнению с обычными способами возделывания урожая? Прежде всего почву перестают «утюжить» тяжелые сельскохозяйственные машины. Ведь не секрет, что тот же трактор «Кировец» продавливает землю, считай, на метр, укатывает почву так, что просто удивительно, как на ней еще может что-то произрастать.

Технология мостового земледелия позволяет этого избежать. Кроме того, над растениями перестают витать облака выхлопных газов – привод моста несложно сделать электрическим. А главное, технология мостового земледелия поддается автоматизированному управлению, позволяет нацеливать рабочий инструмент в точку с точностью до миллиметра, ориентируя его, скажем, с помощью лазерного луча. Словом, мостовое земледелие способно превратить поле в цех под открытым небом. А на закрытом грунте и вовсе не уступит современному промышленному производству.

Арка через поле. Однако в свое время изобретение Правоторова не получило распространения по двум причинам. Во-первых, стране нужны были механизмы попроще: тракторы, плуги, сеялки, культиваторы… В рабочих руках недостатка в нашей стране не ощущалось. Во-вторых, разработку подвел гигантизм, весьма свойственный в то время. Но на практике такой гигант оказывался весьма неудобным в эксплуатации, тем более что надежность нашей техники всегда оставляла желать лучшего.

Один из проектов мостового земледелия

Ныне же изобретатель Майсов предлагает фермерам не просто вернуться к старой схеме, но и изрядно ее усовершенствовать. «Вместо громоздких мостов я предлагают новые – легкие, компактные, способные работать хоть на дачном или приусадебном участке, а главное – дешевые, изготовленные своими руками из подручных материалов», – говорит Иван Александрович.

Например, в южных районах нашей страны последние годы накопилось огромное количество поливальных агрегатов. Их наделали столько, что кое-где от чрезмерного полива получилось больше вреда, чем от засухи. Эти-то поливные установки типа «Кубань», «Фрегат» и другие изобретатель и предлагает использовать в качестве базы для создания агромоста.

Ведь что, собственно, представляет собой такая установка? Труба, движущаяся на многочисленных опорных тележках вдоль поля. Стало быть, мост как таковой у нас уже есть. Осталось навесить на него подвижную тележку-тельфер с навесными орудиями и обрабатывать землю.

«Но если все так просто, почему до этого никто раньше не додумался, не внедрил у себя?» – спросите вы.

А все дело в том, что простота тут отчасти кажущаяся. Движение моста по полю должно быть жестко стабилизировано. Ведь, если произойдет смещение хотя бы на несколько сантиметров, культиваторные лапы попросту порежут все всходы, и убирать будет нечего.

Чтобы такого не случилось на практике, Майсовым и его коллегами разработано несколько систем, позволяющих агромосту перемещаться по полю, не сбиваясь с ранее проложенной колеи. Одна из них, например, предполагает движение с опорой на реперные точки. Для этого по краю поля прокладывают один рельс, который будет играть роль оси координат. Заодно вдоль него можно проложить водовод, электрический кабель для питания электромоторов. А по полю расположим штырьки-реперы. На тележках, перемещающихся по междурядьям, установим датчики-щупы, которые, нащупав такой репер, тотчас подадут сигнал в систему управления. Она установит тележку в нужном месте для обработки почвы. А чтобы реперы не мешали проезду колес, работе культиваторов и прочих механизмов, сделаем их отклоняющимися, эластичными. Под давлением колеса они уходят в почву, а потом снова выпрямляются.

Благодаря реперам, все тележки моста держатся строго прямой линии, не образуют дуги, как это обычно бывает при поливе. На такой установке можно работать и ночью. Надо лишь поставить люминофорные отметки на тележках, которые позволят оператору лучше ориентироваться в темноте. А еще лучше применить лазерные реперы.

Причем агромост – такая же универсальная машина, как и трактор, – какое орудие навесите, такую работу он и будет выполнять. Возьмем, например, полив. Установим на мосту штанги с датчиками состояния почвы (хотя бы инфракрасными), и полив будет вестись не вслепую, а в точном соответствии с потребностями почвы и растений. И вода экономится, и растениям больше пользы. Точно так же можно вносить удобрения, пестициды…

А наступит время уборки, скажем, корнеплодов – свеклы или картофеля, – к технологическим секциям моста, передвигающимся над полем, легко подсоединить секции не только с подъемниками, но и транспортерами, накопительными бункерами. А то ведь нынешние комбайны не столько работают, сколько ждут транспорт, чтобы разгрузить бункера…

Выручит чудо-мост и при уборке таких деликатных культур, как мандарины, виноград, клубника…

О чем поет огурец?

…Это походило на фокус. Обыкновенный зеленый огурец поместили в светонепроницаемый футляр, закрыли его, щелкнули парой тумберов, и в лаборатории зазвучала некая странная мелодия.

«Так поет огурец, – пояснил старший научный сотрудник Института прикладной математики Николай Наумов. – Слышите, голос его оптимистичен и весел. Стало быть, огурец свежий»…

Суть «фокуса» оказалась вполне реалистичной. Оказывается, о том, что самый обыкновенный огурец, яблоко, любой цветок или даже шкаф могут звучать, исследователям известно как минимум полвека. Дело в том, что любой процесс в кристаллической решетке, живой молекуле сопровождается электромагнитными излучениями, подобным радиоволнам. А коли так, то поймать их, усилить, преобразовать в звуковые частоты – это уж дело техники.

Понятное дело, особо заинтересовали исследователей «голоса» живой природы. И вот почему. «Он живой, он светится», – сказал некогда потрясенный Дениска из рассказа Виктора Драгунского, впервые увидев светлячка. И писателю и его герою было невдомек, что светиться могут не только светлячки, гнилушки, некоторые породы рыб, но и вообще любое живое существо. Вот только свечение это не так-то просто заметить…

Оказывается, огурцы не лишены вокальных способностей

Как ни странно, но впервые его зафиксировали отнюдь не биологи, а… астрономы. Заполучив в начале 50-х годов XX века в свое распоряжение спектрометр, а потом и фотоумножитель, они стали направлять око этих приборов не только на свет далеких звезд, но и на чисто земные объекты. И однажды перед прибором, привыкшим ловить по ночам мерцание далеких звезд, оказался растущий корешок гороха. Перо регистратора дрогнуло, – значит, корешок светился.

Более немощное излучение трудно было найти в природе – подсчитали, что грамм корешков светит в десятки тысячи раз слабее известного всем Иванова светлячка. Невидимые глазу лучи так и назвали – сверхслабым свечением растений.

Такой свет испускают все клетки любого органа, и, самое главное, для этого не требуется никакого фермента, обязательного для биолюминесценции. Более того, характер этого свечения во многом зависит от состояния данной живой клетки. Попросту говоря, чем хуже ее самочувствие, тем слабее свечение.

Ну а чтобы не мучиться, пытаясь засечь считаные фотоны, излучаемые клеткой, практически оказалось удобным перевести свечение в акустические сигналы. Так в группе Наумова и услыхали впервые «голоса» живых клеток.

Когда исследователям удалось установить, что яблоко пищит очень жалобно и монотонно, они стали думать, на что оно, бедное, жалуется. То ли на то, что его едят, то ли, наоборот, на то, что не востребовано…Расшифровать полностью эти жалобы пока не удается – исследования «голосов», по существу, только начались. Но уже сейчас ясно – «озвучить» можно практически любой овощ или плод.

Достаточно поместить его в камеру, датчики который улавливает фотоны – элементарные частицы электромагнитного поля, – излучаемые овощем. Все показания записываются очень чувствительным прибором. Каждой волне соответствует определенный звук, нота. Так и рождается музыка. Невидимое становится слышимым. «Мелодии света» дают возможность контролировать состояние того или иного живого существа, диагностировать какие-то нарушения в самом зародыше.

Озвучить можно даже молекулы ДНК. То есть с нашими генами тоже можно общаться. А это значит, что исследователи получили возможность с еще одной стороны подступиться к разгадке одной из самых великих тайн природы – как из молекул ДНК рождаются органы, а затем и живые организмы. А там, глядишь, научатся и исправлять те или иные генные недостатки, еще в процессе «проектирования» будущего организма.

Растения – индикаторы

Казалось бы, что могут подсказать ботаники геологам, а уж тем более саперам, ведущим разминирование территорий, где когда-то шли бои, или экологам, стремящимся вернуть к жизни территории, подвергшиеся радиоактивному заражению? Тем не менее, как показывает практика, порою невзрачная травка оказывается эффективнее сложнейшей аппаратуры.

«Травка, над рудным жилами растущая». Известно, что в пустынях и сухих степях пресная вода залегает на глубине в несколько десятков метров. И из поколения в поколение передают жители пустынь такую заповедь: увидел акацию или руту – рой колодец, будет вода.

Накопленную веками мудрость суммировал в знаменитом труде «О слоях земных» великий русский ученый М.В. Ломоносов. «На горах, в которых руды или другие минералы родятся, растущие дерева бывают обыкновенно не здоровы, то есть листья их бледны, а сами они низки, кривлеваты, сувороваты, суковаты, гнилы и прежде совершенной старости своей, – писал он. – Травка, над рудными жилами растущая, бывает обыкновенно мельче и бледней».

Разумеется, бурно развивающаяся промышленность не могла довольствоваться только наблюдениями. Геология поставила себе на службу геофизические и геохимические методы поисков и разведки полезных ископаемых, бурение глубоких поисково-разведочных скважин, лабораторные ядерно-физические, акустические, химические методы изучения горных пород и руд и в самое последнее время – космические. Искусственные спутники Земли помогают наносить на карту новые месторождения.

Итак, с одной стороны, нейтроны и космос, а с другой – травка и листья. Кто же из них быстрее ищет земные сокровища? Вопрос далеко не праздный. Можно было бы назвать имена знаменитых физиков, которые пренебрежительно отзывались о старых, «дедовских» методах. И оказывались не правы.

Зеленый лист и искусственный спутник должны стать одинаково верными и надежными помощниками геолога, решили ученые. И вот на стыке наук родился новый метод поиска полезных ископаемых – биогеохимический.

Первые результаты. В конце 50-х годов XX века советские исследователи Александр Виноградов и Дмитрий Малюга по гумусовому слою почвы и золе растений обнаружили в Тувинской АССР медную жилу. Вскоре Малюга тем же способом открыл медно-молибденовое месторождение Каджаран в Армении. По золе листьев березы открыто Шипилинское месторождение меди в Хакасии и Октябрьское месторождение железа в Восточной Сибири. В Узбекистане с помощью «опробования» вишни, миндаля, жимолости и зверобоя открыто медно-молибденовое месторождение Сары-Чеку. Казахские геохимики, анализируя полынь, арчу и зверобой, обнаружили Ежевичное месторождение полиметаллов, а на месторождение меди Фланговое указали полынь и ковыль.

Полевица тонкая указывает на содержание в почве свинца, а мак　– цинка

Широкое развитие получил биогеохимический метод и за рубежом: в США и Канаде, в некоторых странах Западной Европы и Центральной Африки. Так, в США открыты урановые месторождения Ла-Вентана-Меса, Еллоу-Кэт-Меса, Питтсбург-Парк, Литтл-Ева. В Канаде биогеохимическое исследование хвои и ветвей хвойных деревьев закончилось редкой удачей – открытием медно-молибденового месторождения Бетлехем и второго в мире месторождения молибдена Эндако. В Англии, в провинции Корнуэлл, по золе вереска найдены месторождения вольфрама и олова.

Индикаторами являются те наземные растения, которые наиболее четко отражают ландшафтные геохимические условия (химический состав почв, пород и подземных вод). К таким растениям относятся смолка (на медь), фиалка (на цинк), силена (на кобальт), астра (на селен), астрагал (на селен, уран)…

Геоботанический метод усилиями Александра Виноградова, Дмитрия Малюги и их последователей доказал свою жизнеспособность в качестве поискового средства и право на широкое внедрение. В настоящее время исследователи сделали еще один шаг по привлечению «зеленых рудознатцев» на пользу людям.

В поисках утечек. Эксплутационники, имеющие дело с утечками газа, вынуждены держать наготове многие сотни специальных приборов-газоанализаторов. Но и те идут в дело, как правило, лишь после того, как на контрольном пункте вдруг выясняется: огромное количество газа пропадает неизвестно куда.

И вот тут тоже может прийти на помощь обычная растительность. Как показала практика, в местах утечки газов она меняет свой цвет. И это можно заметить с вертолета патрульной службы, делающего облет трассы.

Майкл Стивен, профессор Ноттингемского университета, поясняет, что обычно растения в этом случае интенсивно желтеют. Ведь газ в месте утечки лишает растения кислорода и для них наступает осень раньше календарного срока. «Однако и в этом случае утечку удается обнаружить лишь пару месяцев спустя после того, как она произошла, да и только в теплое время года», – поясняет он.

Тогда профессор Стивен предложил такое решение. Надо периодически анализировать цвет растительности на трассе того или иного газопровода с помощью чувствительного спектрометра. Причем делать можно не только с вертолета, но даже со спутника. При этом, как показали эксперименты, изменение цвета листвы можно обнаружить уже через несколько дней после начала утечки и с точностью до метра.

Растения – миноискатели. Еще одну интересную особенность растений выявили специалисты, работающие на военные ведомства двух стран – Канады и США. Ныне специалисты из Университета Альберты (Канада) и ряда университетских центров США уже участвуют в программе по выведению генетически модифицированных растений, способных подавать «сигнал» об обнаружении мин и фугасов.

«Из разных типов мин вещества попадают в почву с различной интенсивностью, некоторые фактически открыты для окружающей их среды», – поясняет специалист министерства национальный обороны Канады Энтони Фост, занимающийся вопросами обнаружения мин.

Пока ученые находятся в начале пути и еще в деталях не представляют, как будет работать предложенная ими схема. «Мы не знаем, как все будет происходить. Однако мы знаем, что существуют бактерии и другие организмы, способные обнаруживать в почве такие вещества, как тротил. Мы можем взять ген такой бактерии и поместить его в корни растения. При соприкосновении с тротилом рецепторы гена подадут растению серию сигналов», – считает профессор Майкл Дейхолос из Университета Альберты. Такими сигналами, по его словам, может стать изменение цвета листьев или цветков растения.

Конечно, учитывая довольно длительный период роста растений, их нельзя будет использовать в «боевых условиях», то есть для быстрого обнаружения фугасов. Однако, считают исследователи, их вполне можно применять в ходе продолжительных миротворческих операции или при обезвреживании мин, все еще остающихся в земле после Второй мировой войны. В этих случаях предполагается осуществлять над опасными территориями посев семян растений-миноискателей с самолетов или вертолетов. Ростки затем обозначат опасные для людей зоны.

Спасители Чернобыля. Бывший наш, а теперь американский исследователь Илья Раскин предлагает использовать растения не только в качестве индикаторов повышенного содержания в почве тех или иных химических элементов, но и для их добычи.

В первую очередь Раскин предлагает таким образом извлекать таким образом вредные, например, радиоактивные соединения. «Если посадить на полях вокруг Чернобыля определенные сорта растений, – предлагает он, – то они за 5—10 лет выберут из почвы всю радиоактивную нечисть».

Согласитесь, что убрать с поля ботву, сжечь ее, а потом захоронить радиоактивную золу все же легче, чем снимать весь пахотный слой земли, как это пытались сделать некоторые горе-рекультиваторы.

За ценную идею Илье Раскину в США выдали очередную научную премию, обещали обсудить его предложение в рамках ООН. Но время идет, а воз и ныне там…

Впрочем, Раскин особо не расстраивается. Он свою часть работы выполнил, теперь очередь – за украинскими чиновниками. Сам же ученый работает над следующей проблемой. По его мнению, современные методы генной инженерии позволяют вывести такие виды растений, которые будут в десятки, а то и сотни, даже тысячи раз превосходить по своей производительности нынешние растения. А коли так, появляется реальная возможность применения биологических методов добычи полезных ископаемых. Затем перелопачивать сотни тонн пустой породы, обогащая рудный концентрат, когда проще и дешевле ежегодно засевать поля в районе того или иного месторождения определенными видами растений, а по осени собирать урожай рудных концентратов?

Правда, пока промышленники упираются. Им кажется, что добыча руды с помощью экскаваторов, методов флотации и т. д. производительнее, чем «выращивание травки». «Но все это до поры до времени, – уверен Раскин. – Как только нынешние рудные месторождения истощатся, промышленникам волей-неволей придется задуматься над способами использования бедных месторождений, а то и рудных отвалов. Вот тогда-то и скажут свое веское слово “зеленые рудознатцы”…»

А пока суд да дело, американские ботаники из Колорадского университета вывели особый сорт комнатных растений, которые меняют цвет своей листвы, если поблизости «чуют» взрывчатку или наркотики. Полагают, что такие растения в ближайшее время весьма облегчат жизнь таможенникам и спецагентам в аэропортах, залах ожидания железнодорожных вокзалов и других многолюдных местах.

Компьютер с… грядки?!

Представьте себе ситуацию. Заходит человек в магазин, где обычно торгуют цветами, рассадой растений и т. д. И спрашивает семена… микропроцессоров.

А дальше уж вообще начинаются чудеса. Человек приходит домой, высаживает купленные семена на грядке, в ящик на балконе, а то и просто в цветочный горшок. И в положенный срок собирает урожай тех самых микропроцессоров, которые ему нужны.

Скажете, сказка? Нет, всего лишь присказка…

Мини… Микро… Дальше некуда? Прорывы чаще всего удаются на стыках. Это утверждение, по словам директора НИИ физической и органической химии Ростовского государственного университета, академика В.И. Минкина, верно не только для военных действий, но и для научных исследований. Вот о каком удивительном прорыве, осуществленном совместными усилиями микроэлектронщиков, химиков, вирусологов и молекулярных биологов он рассказал недавно своим коллегам на очередном заседании президиума Российской академии наук.

Эффективность молекулярного компьютера может оказаться в 100　млрд раз выше, чем современного кремниевого

Поначалу компьютеры были электромеханическими машинами, работавшими при помощи шестеренок и реле. Затем стали ламповыми, потом транзисторными. Наконец, на смену отдельным транзисторам пришли интегральные микросхемы. Причем на микропроцессорном чипе современного компьютера уже располагается до 100 млн транзисторов. И намного больше разместить уже вряд ли удастся.

Ело в том, что современные технологии производства интегральных микросхем достигли своего пика. Само формирование интегральной схемы с меньшими размерами транзисторов невозможно на базе стандартной техники фотолитографии, применяемой сегодня.

Для того чтобы вытравить на кремниевой пластине нужные участки, на нее предварительно наносят с помощью фототрафарета определенный рисунок. А четкость его возможна лишь в том случае, если проецирование осуществляется излучением, длина волны которого по крайней мере вдвое меньше, чем длина самого элемента. Поэтому от видимого света технологии перешли уже к куда более коротковолновому жесткому ультрафиолетовому излучению. И дальше двигаться, похоже, некуда.

Мы приближаемся к физическому пределу – толщина изолирующей пленки в микрочипе должна быть не более 4–5 молекул (1,5–2 нм). В более тонких слоях начинаются неконтролируемые процессы туннелирования электронов (то есть «проскакивания» их прямо сквозь структуру микрокристалла), а также перегрева, которые нарушают работу транзисторов и вычислительной системы в целом.

Между тем производительность компьютера при прочих равных условиях пропорциональна количеству транзисторов на единице площади интегральной схемы. Так что же делать?

Молекулярные манипуляции. Один из выходов подсказал еще в 1959 году известный американский физик-теоретик Ричард Фейнман. Он решил, что молекулы, обладающие определенными свойствами, смогут заменить собой транзисторы, а технический прогресс сделает возможным и манипуляции с отдельными атомами и молекулами.

Размеры такого молекулярного транзистора будут на два порядка меньше самых миниатюрных кремниевых. Поскольку, как мы уже говорили, производительность компьютера пропорциональна количеству транзисторов, размещаемых на единице площади, то выигрыш в производительности будет огромным. Так, по расчетам, эффективность молекулярного компьютера может оказаться в 100 млрд раз выше, чем современного кремниевого.

Конечно, одно дело – высказать теоретическое предположение, и совсем другое – осуществить его практически. Тем не менее, похоже, предсказание Фейнмана начинает сбываться в наши дни.

Итак, что же такое молекулярный компьютер? Это устройство, в котором вместо кремниевых микрочипов, применяемых в современных компьютерах, работают молекулы и молекулярные ансамбли. Иными словами, в основе новой технологии лежат так называемые «интеллектуальные молекулы»; они могут существовать в двух термодинамически устойчивых состояниях, каждое из которых имеет свои физические и химические свойства. Переводить молекулу из одного состояния в другое (переключать) можно с помощью света, тепла, химических агентов, электрического и магнитного поля и т. д. Фактически такие переключаемые бистабильные молекулы – это некая система, воспроизводящая на молекулярном уровне функцию классического транзистора.

Кроме того, устройство или архитектура каждого компьютера включает в себя также соединяющие провода и память. И эти элементы в молекулярных компьютерах будут отличаться от их аналогов в нынешних вычислительных устройствах. Память может работать на принципе «запоминания» оптических или магнитных эффектов, а проводниками могут стать нанотрубки или сопряженные полимеры.

Сейчас уже созданы многочисленные варианты всех основных составляющих компьютера будущего. Например, весьма перспективен молекулярный переключатель, созданный Д. Стоддардом и Д. Хисом, которые сотрудничают с американской фирмой «Хьюлетт Паккард». Существуют также прототипы транзисторов на одной молекуле, которые изучают в Корнеллском и Гарвардском университетах.

А первые устройства молекулярной памяти на основе так называемых фотохромных систем были созданы П. Рентцеписом из Калифорнийского университета еще в конце 80-х годов XX века. Поглотив один-два фотона, такая молекула переходит из одной устойчивой формы в другую, как бы запоминая бит информации.

Аналогичные устройства созданы и в других исследовательских центрах, в том числе и в НИИ физической и органической химии Ростовского государственного университета.

А пусть они сами растут! Таким образом, в наличии имеются уже все три составные части будущего молекулярного компьютера, и в их создании по отдельности, как мы видим, есть значительные успехи. Но самая сложная задача – собрать все компоненты в работающее устройство. До ее решения еще далеко. Иные скептики даже засомневались было в реальности осуществления подобных планов. Вон, дескать, сколько сложностей мы имеем при производстве современных микрочипов. Так на сколько же порядков возрастут производственные трудности при производстве молекулярных компьютеров?..

Однако энтузиасты молекулярной электроники (или молетроники) настолько полны оптимизма, что даже намерены пустить все производство на самотек. Пусть, дескать, молекулярные микрочипы сами себя собирают…

Но как такое может быть? Да примерно так же, как ныне природа ведет сборку таких сложных структур, как двойная спираль ДНК, отдельных органов, а то и целых организмов. Надо просто перенять у природы ее технологические навыки и… выращивать нужные нам устройства.

Причем помогут технологам XXI века, как это ни странно звучит, некоторые… вирусы растений! Дело в том, что вирусы очень малы – их диаметры составляют всего 30 нанометров. Это значительно меньше размеров компонентов современных интегральных схем, которые достигают около 130 нанометров.

Кроме того, вирусы по своему строению представляют собой, по существу, идеальный каркас для микроскопических электронных систем, поскольку их можно сгруппировать в некое подобие кристаллических решеток. И создать самоорганизующие цепи, способные при минимальном постороннем вмешательстве либо при полном его отсутствии самостоятельно выстраивать полезные трехмерные структуры. А в них – разместить компоненты микросхем.

Причем поскольку вирусы – изрядные проныры, способные встраиваться практически в любой живой организм, то ученые рассчитывают найти способ сделать так, чтобы молекулярные микросхемы выстраивались в нужном порядке сами собой, встраиваясь, например, в организм какого-нибудь растения, сообщает журнал «Нью сайянтист».

Так, для того, чтобы изготовить живой трехмерный микрочип, химик М. Финн и вирусолог Дж. Джонсон из Исследовательского института Скриппса в городе Ла-Джолла, штат Калифорния, экспериментировали с вирусом мозаики коровьего гороха – микроорганизмом, который обычно задерживает нормальный рост побегов.

Обычно вирус заключен в защитную протеиновую оболочку, имеющую 20 граней и 12 углов, или вершин. Исследователи стали внедрять сегменты ДНК в цепочку генов вируса, вынуждая его производить аминокислоты цистеина на вершинах оболочки. А затем добавили сверхтонкие частицы золота в наполненные цистеином вирусы. В итоге у них получился некий микроорганизм, утыканный золотыми электродами – прообраз будущей микросхемы.

Ныне совместно с сотрудниками Исследовательской лаборатории ВМС США в Вашингтоне, округ Колумбия, они пытаются научиться замыкать цепи в определенном порядке, чтобы получать по желанию те или иные логические устройства, элементы памяти и т. д.

«Если эксперименты увенчаются успехом, микросхемы будущего станут производить на грядках, а не в высокотехнологичных лабораториях, – полагает Финн. – Получить требуемое количество вирусов не составит никакого труда. Достаточно засеять несколько гектаров земли горохом, а затем выделить микроорганизмы из листьев растения»…

Зачем паспорт корове?

Зоологи и ветеринары научились различать телят крупного рогатого скота по отпечаткам их носа. Оказывается, они столь же индивидуальны, как и отпечатки пальцев у людей.

Но зачем вообще необходимо различать животных, скажем, на крупной ферме? Ведь все равно молоко от всех коров попадает в общую цистерну. Да и хозяин у всех коров общий…

Для чего клеймо? Помните, как в одном из рассказов О’Генри хозяйка ранчо метит белую телку особым клеймом, передавая таким образом зашифрованное послание своему мужу?

Понятное дело, писатель рассказал об особом случае. Однако обычай ставить клеймить скот каленым железом действительно широко бытовал на Диком Западе. Только так ковбои и ранчмены могли в затруднительных случаях выяснить, где чей скот.

И по сей день кое-где в Техасе проводят соревнования по скоростному клеймению скота. Однако это теперь всего лишь дань уважения традиции. В наши дни есть немало других, более рациональных способов так пометить животных, чтобы затем всегда можно было точно сказать «кто есть кто».

К этому подталкивают не столько споры за право владеть той или иной коровой или телкой, но и особенности ведения современного индустриального животноводства. Скажем, ошейники с инвентарными номерами или клипсы – маркеры из легкого нержавеющего металла или же пластика, которые заклепывают на ушах животных специальными щипцами, тут уже не годятся. Такого рода «паспорта» электроника, как правило, не считывает. Нужно что-то еще более прогрессивное.

И вот ныне на многих фермах появились электронные средства бесконтактного распознавания животных, называемые за рубежом системами идентификации.

Как опознать «меченых»? Первые системы автоматической идентификации появились на фермах Великобритании, Германии, Скандинавии и Бенилюкса в середине 80-х годов XX века. Рассчитаны они были в основном на коров и работали по принципу приема-передачи радиоволн, излучаемых носителем индивидуального номера-кода, расположенного на ошейнике.

В такой радиосистеме идентификация того или иного животного происходит всякий раз при вхождении «меченой» особи в зону приема антенны распознающего блока. Блок этот может быть установлен в любом пункте автоматического обслуживания скота, например при заходе коров на доильный конвейер типа «карусель» или при подходе к кормушке.

Сегодня корове тоже нужен паспорт

И всякий раз умная автоматика будет знать, сколько молока дала та или иная корова, и в зависимости от этого выдаст ей в кормушку соответственно больше или меньше корма.

Инженеры испробовали на практике множество разных радиосистем и в конце концов убедились: ни одна из них не удолетворяет животноводов, как говорится, на все сто. Прежде всего, навешенные на животных идентификаторы в условиях промышленных ферм оказались весьма непрактичными: если устройство ошейникового типа еще более или менее держится на шее коровы, то электронные клипсы и медальоны, которыми снабжают свиней по причине отсутствия шеи, теряются регулярно. И уж тем более их просто снять. А значит, они вряд ли помогут при отыскании украденных животных.

Второе – и принципиальное – неудобство заключается в том, что фирмы-производители использовали в своих САИ различные форматы данных и способы кодировки, а это, как нетрудно догадаться, не позволяет свободно применять идентификаторы разной конструкции и происхождения в рамках одного хозяйства, не входя при этом в дополнительные, по сути, неоправданные расходы.

Лишь когда в начале 90-х годов XX века появилась возможность использовать для этих целей микрочипы – интегральные микросхемы минимальных размеров и массы, заключенные в отдельный корпус, – дело пошло на лад. Чип одним махом решил множество проблем.

Прежде всего, многие фирмы стали выпускать чипы для подкожного функционирования. Конструктивно он представляет собой миниатюрную электронную капсулу, запаянную в баллончик из биостекла. Эксплуатационная надежность такого устройства чрезвычайно высока, стоимость – низка, а функции, в сравнении с идентификаторами предыдущего поколения, заметно расширены.

Оптимальная зона подкожного введения чипа-имплантата была установлена на практике: для коров и лошадей это шея, а у свиней и мелкого рогатого скота – основание уха. При желании, кстати, можно вводить имплантаты и кроликам, и птице, и пушным зверькам, которых разводят для меха… Короче говоря, применение микрочипов позволяет рационально использовать системы автоматической идентификации для всех видов животных.

Подкожные маркеры обеспечивают эффективный учет поголовья при продаже скота, а в случае эпидемий или кражи – быстрое выявление заболевших или пропавших животных. Кроме того, практически исключаются также любые фальсификации при поставке на продажу племенных производителей. Покупатель всегда может быстро установить «кто есть кто».

Учиться никогда не поздно. Впрочем, если вы думаете, что новая система идентификация была безоговорочно воспринята сразу всеми фермерами на Западе, то глубоко ошибаетесь. Многие восприняли идею поголовного кодирования скота посредством вживленных ампул если не в штыки, то, во всяком случае, без всякого энтузиазма: и времени, мол, нет, и лишних денег, и переучиваться поздно!

Но случилось так, что благополучному развитию прогрессивного начинания поспособствовало неожиданное несчастье… Эпидемия губчатого энцефалита, разразившаяся несколько лет назад на берегах Туманного Альбиона, да и по другую сторону Ла-Манша тоже, потребовала большого количества рутинной работы по выявлению и выбраковке бешеных коров. И скотоводы-консерваторы вскоре убедились, что сообразительные фермеры, не поскупившиеся на имплантаты для своих буренок, справились со всеми хлопотами не в пример быстрее и легче…

Впереди планеты всей по внедрению новейших систем идентификации дружно шагают фермерские хозяйства Германии и Нидерландов! Так, с 1998 года практически на всех молочных фермах Нидерландов крупный рогатый скот регистрируется с помощью микроэлектроники.

А вот американцы опередили европейцев по части снабжения чипами домашних кошек и собак. Уже в середине 90-х годов в нескольких городах США начали работать первые платные службы по идентификации и возвращению владельцам потерявшихся или украденных собак и котов.

Обнаружив пропажу любимца, абонент фирмы сообщает об этом событии ее диспетчеру, а тот в свою очередь по компьютерной сети пересылает в полицейские участки словесное описание и фотоснимок животного. Патрульные на улицах начинают поглядывать по сторонам, и рано или поздно кто-нибудь приводит в участок «подозреваемого». Животное сканируют, и, если у него есть чип-имплантат, компьютер тут же выдает кличку собаки, адрес и телефонный номер владельца.

Ныне это новшество потихоньку начинают внедрять и на территории СНГ. Хочется верить, что вскоре загулявшего по весне кота Ваську или вашего Джульбарса тут же доставит на дом улыбчивый постовой. И вы получите возможность чмокнуть своего затерявшегося было любимца в его неповторимый нос.

Помощник Геракла

Если на заводе увидеть промышленного робота – не так уж сложно, то вот в сельском хозяйстве подобные механизмы – в диковинку. Почему?

В нашей стране за трудное дело роботизации сельского хозяйства одними из первых взялись сотрудники Академии инженеров сельскохозяйственного производства под руководством Валерия Ивановича Васянина. Еще в 80-х годах XX века они начали создавать первые сельхозроботы.

Одним из них был мобильный автономный робот МАР-1, который предназначался для ухода за животными. Конечно, чтобы как следует выполнять свои обязанности, такому роботу надо уметь различать и двери коровника, и самих коров, отыскивать необходимый инвентарь – лопату или ведро…

Роботы для сбора плодов

Человеческий мозг сравнивает увиденное с тем изображением, которое хранится в его памяти. Так должен поступать и робот, решили ученые. А роль памяти – хранительницы «галереи» образов – они доверили видеомагнитофону. Специальный прибор – телевизионная сравнивающая трубка – сличает изображение, принятое телекамерой, с записями на ленте видеомагнитофона. Если изображения совпадают, появляется электрический сигнал, который означает, что робот узнал увиденное. И тогда он берет нужный ему предмет, скажем, то же ведро.

Робот, наделенный магнитофонной памятью, оказался довольно сообразительным учеником. Обучать его новой работе не так уж сложно. К нему цепляют тележку с креслом, в нее садится кто-нибудь из сотрудников и, нажимая кнопки на пульте управления, заставляет робота выполнять необходимые операции: мыть полы, расставлять по местам ведра и доильные аппараты…

Каждая операция записывается на видеомагнитофон. Потом достаточно поставить кассету с нужной программой, и робот тотчас «вспоминает», что он должен сделать.

Робот МАР-1 успешно прошел серию испытаний, но на том все и кончилось. Причин тому было как минимум две. Во-первых, в лихие 90-е годы многим стало не до внедрения новой техники. Причина вторая заключалась в том, что создать робот-универсал, который бы один выполнял все работы на той же ферме, – задача архисложная. До конца она не решена и по сей день. А потому ныне инженеры предпочитают создавать узкоспециализированных роботов. Одни кормят коров, другие доят их, третьи убирают навоз…

Пожалуй, одна из самых неприятных, грязных работ – уборка. Вспомните, легендарный Геракл, чтобы не мучиться с уборкой авгиевых конюшен вручную, просто направил туда поток воды, которая и смыла весь навоз. Геракл, конечно, молодец, но зачем загрязнять сточные воды? Да и навоз, как известно, ценное удобрение, стоило бы распорядиться с ним по-хозяйски.

Вот, например, как это делает робот-уборщик Lely Discovery, разработанный финскими специалистами фирмы Lely. В конструкции такого уборщика есть некоторые характерные черты двух агрегатов. Во-первых, уборочных машин, в том числе и тех, что у нас наводят чистоту на станциях метро. Во-вторых, домашних пылесосов-роботов, которые, словно черепахи, ползают по квартире самостоятельно, тщательно выискивая сор по всем углам.

Но, конечно, на ферме есть своя специфика. Поэтому робот-уборщик может работать лишь на современной ферме, оборудованной щелевыми полами. Сквозь эти щели, по идее, и должен проваливать навоз в специальные канавы под полом, откуда он самотеком попадает в резервуары-сборники. А уж оттуда вывозится на поля.

Маршрут, по которому перемещается Lely Discovery, программируется с помощью пульта дистанционного управления. Возможно задание различных маршрутов с более интенсивной и частой чисткой отдельных участков в определенное время.

Самый простой и эффективный способ задания программы таков. Оператор с пультом дистанционного управления в руках однажды вместе с роботом проходит весь маршрут по коровнику, нажимая соответствующие кнопки в тех местах, где уборщику нужно поворачивать вправо или влево. Начинается и заканчивается маршрут у зарядной станции, которая устанавливается в определенном месте в коровнике и служит для автоматической подзарядки аккумуляторов робота.

По мере движения расположенные в нижней части робота щетки-шиберы проталкивают навоз через отверстия щелевого пола. Устройство приводится в движение и управляется двумя ходовыми колесами в задней части робота. Вместо видеокамеры тут используется более простой ультразвуковой датчик, который и обеспечивает перемещение робота на определенном расстоянии от стены.

Помогает движению Discovery и кольцо-ограничитель в передней части робота. Оно предотвращает его столкновение с ногами животными и другими препятствиями – он их объезжает.

Увидеть такое устройство уже можно не только на выставке. За рубежом роботы-уборщики уже работают на многих фермах. И у нас ООО «Фермы Ясногорья», расположенное в г. Подольске, предлагает их всем желающим. Были бы деньги! Кстати, стоит такой комплекс не дороже самого простого трактора, способен работать круглые сутки все 7 дней в неделю. По расчетам, он окупает себя за 2–3 года.