Приручение молний

Профессор Олег Александрович Троицкий , главный научный сотрудник лаборатории комплексных физико-механических исследований материалов Института машиноведения имени А.А.Благонравова Российской академии наук, коллекционирует… молнии. И старательно собирает все описания этого небесного явления. Он даже написал популярную книжку, в которой классифицировал все молнии по видам. Впрочем, не это главное. Наблюдения и анализ деяний Зевса-громовержца подвели его к созданию новой технологии обработки металлов. Об этом наш рассказ.

Профессора особенно заинтересовала одна из самых редких разновидностей молниевых разрядов — так называемые неточные молнии. «Это особая форма линейной молнии, — поясняет Олег Александрович, — которая по каким-то причинам на глазах наблюдателей распадается на крупные бусинки или ряд светящихся областей — круглые или полукруглые сегменты, разделенные темными перетяжками».

Заинтересовавшись этим явлением природы, ученый вскоре отыскал ему объяснение. «Неточная молния — это скорее всего линейная молния, пережатая местами за счет пинч-эффекта».

«Пинч» — в переводе с английского «щипок», «толчок». Суть же его физическая заключается в том, что во время прохождения линейного заряда вокруг него возникают электрические кольцевые токи, которые обладают сжимающим действием. Они как бы «прищипывают» ствол молнии, разрывая его на множество «бусинок-четок».

И, как показывает опыт, силенок у пинча оказывается достаточно, чтобы производить весьма существенные механические воздействия. «Иногда после ударов молнии в громоотвод, сделанный из металлической трубы, можно видеть, как эта труба превращается в более тонкий, но сплошной металлический стержень, — свидетельствует Троицкий. — Между прочим, если заказать технологу подобную операцию, то он будет долго ломать голову над тем, какими средствами ее осуществить»…

О.А.Троицкий демонстрирует образцы изделий, полученные с помощью новой технологии.

Схема образования пинч-эффекта.

Получив такую подсказку природы, профессор тоже задумался: а нельзя ли как-то использовать пинч-эффект в машиностроении?

Мы можем вспомнить, что разряды электричества уже использовал в машиностроении известный ленинградский изобретатель Л.С. Юткин. Еще в 1938 году он установил, что искровой разряд между двумя электродами в жидкости порождает сильный гидравлический удар. Так было положено начало электроискровой штамповке металлов.

Однако для использования эффекта Юткина нужны довольно большие затраты энергии. Быть может, пинч-эффект позволит ее сэкономить? Серия лабораторных экспериментов показала масштабность явления. Пинч-эффект усиливается пропорционально квадрату радиуса проводника. Также квадратично пинч-эффект зависел и от силы тока. Кроме того, чем выше проводимость материала, тем и эффект сильнее.

Однако заставить его работать молотобойцем все же не удалось. При обработке больших масс металла, как оказалось, энергетически выгоднее все же использовать эффект Юткина. Зато пинч-эффект оказался удобен там, где наряду с изменением формы металла надо получить некоторые структурные преобразования. Сделать, скажем, сплав пластичнее.

Под действием электрического тока, как выяснилось, начинают «течь» даже такие «капризные» с точки зрения технологов металлы, как вольфрам, титан и молибден. И с помощью прирученной молнии из них можно если и не «веревки вить», то изготавливать тончайшую проволоку, ленты для часовых пружин и другие деликатные изделия. При этом не происходит так называемая нагортовка, то есть самопроизвольное уплотнение металла, из-за чего приходится применять дополнительную теплообработку. Кроме того, улучшается электропроводность и качество поверхности. Лента блестит, как полированная, а исследования под микроскопом показывают, что все поверхностные дефекты на ней исчезли, затянулись…

Эффективность обработки еще более повышается, если одновременно заготовку еще и обрабатывать ультразвуком. И на все про все потребуется энергия, соизмеримая с той, что нужна для 100-ваттной лампочки!

Понятное дело, уникальной разработкой физиков тотчас заинтересовались технологи. Уже принято решение о строительстве цехов по новой технологии в Екатеринбурге, ведутся переговоры о переоборудовании цехов столичного завода «Серп и молот». Изделия из металлов и сплавов, обработанных по новой технологии, нужны в авиационной и космической промышленности, в точном приборостроении и еще в десятке других отраслей.

А самого Олега Александровича и его коллег уже дважды приглашали к себе в гости американцы. Просили прочесть цикл лекций по пинч-эффекту и родственным ему явлениям в ведущих университетах США.

Станислав ЗИГУНЕНКО

Художник Ю.САРАФАНОВ

 

Подлодки на ладони

«Сейчас вы — единственный человек в мире, кто, подобно сказочному Гулливеру, держит на своей ладони пять субмарин сразу», — улыбается зоолог и дизайнер Чарльз Пелл . И действительно, в моей руке поместилось сразу несколько роботов— мини-субмарин, весом 70 г и размерами с гаванскую сигару каждая»…

Так начинает свою статью в журнале Scientific American научный журналист из Вашингтона Джулия Вайкфилд . И далее рассказывает вот какие подробности.

Хотя по внешнему виду они очень похожи на детские игрушки, вскоре выясняется: эти самые маленькие автономные подводные аппараты (AUVs) способны помочь людям не только в игре.

Но, впрочем, давайте все по порядку…

«Если быть до конца честным, — продолжал свой рассказ Чарльз Пелл, — мы проводили свои исследования вовсе не для того, чтобы порадовать новыми игрушками детей. Мы хотели проверить на практике некоторые наши идеи, касавшиеся некоторых природных движителей»…

То есть, говоря попросту, исследователи из лаборатории профессора Вайнврайта еще в 1994 году подсмотрели, как работают некоторые биологические механизмы в бактериях и других микроорганизмах, и попытались воссоздать нечто подобное своими руками.

При этом сотрудники Вайнврайта частично воспользовались работами ученых из отделения зоологии Университета Дюка, а также данными различных проектов по созданию роботов. В итоге они создали первое поколение микроохотников — такое название получили новые «игрушки».

При этом, как пояснил зоолог Хью К. Креншоу, алгоритм движения был позаимствован у микроорганизма, известного в среде специалистов как helical klinotaxis. Эти простейшие имеют свойство двигаться на свет, вращая жгутики.

Нечто подобное было сделано и для микроохотников, только жгутик был заменен пропеллером, вращаемым электромоторчиком. При этом данное устройство способно выбирать траекторию движения, ориентируясь не только на свет, но и, скажем, на величину давления или магнитную составляющую окружающей среды.

«Наши AUVs могут быть использованы, скажем, для исследований в области океанологии и океанографии, — говорит Пелл. — Хотя наши микроохотники и малы, все же в них достаточно места для размещения датчиков, которые способны дополнить данные, получаемые с помощью спутников, кораблей и буев»…

Крошечные субмарины в конечном счете позволят создать трехмерные карты просторов Мирового океана, которые весьма пригодятся подводникам и исследователям богатств океана.

Как видите, микроохотники по своим размерам не так уж отличаются от обычной монеты, положенной рядом для масштаба.

Кроме того, подобные мини-субмарины могут эффективно использоваться и в промышленной сфере. Например, для измерения количества и концентрации тех или иных вредных веществ в промышленных стоках, городской канализации, системах ирригации…

Еще одна идея — создать точные копии некоторых рыб и запустить этих роботов в стаю той или иной породы. Таким образом исследователи надеются понять, какой информацией руководствуются они в своих миграциях, как именно ухитряются осуществлять координированные маневры всей стаей… «Только жалко будет, если наш микроохотник сам станет объектом охоты какой-нибудь крупной рыбы», — пошутил Пелл.

И наконец, есть у исследователей и такая мечта. Они хотели бы уменьшить микроохотников до таких размеров, чтобы их можно было поместить внутрь организма. Такое путешествие по кровеносным сосудам позволило бы быстро и точно провести диагностику, например, человеческого тела. А там, возможно, дело дойдет до профилактики и ремонта его органов изнутри, не прибегая к хирургическому вмешательству.

Успехи современной нанотехнологии и микромеханики вполне позволяют надеяться на это.

Публикацию подготовил С.НИКОЛАЕВ