Шагающие машины
Шагающие машиныВойти в историю транспорта, техники можно не построив ни одного автомобиля, поезда, самолета. Но можно сделать так, что о тебе не забудут, даже если твое призвание — чистая наука.
ЧЕБЫШЕВ
Пафнутий Львович Чебышев родом из Калужской губернии. Эта земля, небогатая достопримечальностями, подарила России многих известных людей: художника Прянишникова, архитектора Баженова, адмирала Сенявина, первопроходцев Прончищева и С. И. Челюскина, маршала Жукова, «отца космонавтики» Циолковского. Конечно же, вошла в историю благодаря славным подвигам русских офицеров в 1812 году.
Отец будущего математика также воевал против французов, потом вышел в отставку, поселился в имении. Семья была большая — кавалерийский корнет стал отцом пятерых сыновей и четырех дочерей. Неудивительно, что Пафнутий стремился к уединению. С детства в нем развилось стремление к сооружению всевозможных устройств.
В качестве учителя математики был приглашен Платон Погорельский, считавшийся одним из лучших педагогов Москвы того времени, типичный учитель николаевской эпохи, отличавшийся «суровым обхождением с учениками и пристрастием к карательным мерам». Но он любил математику и умел излагать ее в ясной и доступной форме. Именно он посеял в сознании Чебышева первые семена любви к «царице наук».
В шестнадцать лет Чебышева зачислили студентом философского факультета Московского университета: он не собирался становиться философом — просто в те времена математику читали на философском факультете.
На четвертом курсе за конкурсную работу о вычислении корней уравнений Чебышев получил серебряную медаль. Двадцатилетнего студента оставили при университете для подготовки к профессорскому званию. Он успешно защищает диссертацию на звание магистра и переезжает в Петербург, где получает место адъюнкта в университете и в 1849 году защищает докторскую диссертацию. Ее материалы легли в основу книги «Теория сравнений», которой становится одним из самых серьезных руководств по теории чисел.
Молодой профессор получил широкую известность — ему присвоили звание академика в Петербурге и Париже. В достаточно консервативной науке ему удается добиться результатов, которые ставят его в один ряд с Эйлером, Лагранжем, Гауссом. В математике навсегда остались законы Чебышева, многочлены Чебышева, формулы Чебышева, функции Чебышева, неравенства Чебышева.
Сорок два года Чебышев проработал в Академии наук, умножая ее славу. В течение тридцати пяти лет он возглавлял кафедру математики в Петербургском университете, создал одну из самых значительных мировых математических школ. Многочисленные ученики Чебышева распространили идеи своего учителя по всей России и далеко за ее пределами.
Осенью 1852 года на многих мануфактурах Франции видели молодого русского, который проявлял особый интерес к работе машин и механизмов. О коммерческой тайне и промышленном шпионаже в те годы заводчики и понятия не имели, поэтому интерес иностранца удовлетворяли в полном объеме. А Чебышев чертил, измерял, выспрашивал.
Через пять лет профессор Чебышев представил в Российскую Академию наук труд «Теория механизмов, известных под именем параллелограммов». В нем устанавливались точные законы построения механизмов, преобразующих вращательное движение в прямолинейное. Вскоре появился и труд «О функциях, наименее отличающихся от нуля». В нем ученый расширил задачу: найти средства математического анализа для определения формы механизмов и размеров их звеньев для воспроизведения любых наперед заданных движений. Новая работа математика вооружила машиностроителей практическим средством для быстрого и точного проектирования механизмов разнообразных рабочих машин с самыми различными по форме движениями их исполнительных органов. Его открытие настолько поразило современников, что, ознакомившись с ним, один из крупнейших французских ученых того времени, Жозеф Бертран, назвал разработанную П. Л. Чебышевым теорию «чудом анализа». Сегодня труды Чебышева лежат в основе проектирования станков, строительных механизмов, роботов.
Второй раз Чебышев заставил ученых говорить о себе в 1878 году, во время очередной Всемирной выставки в Париже. Здесь в русском павильоне демонстрировались созданные ученым деревянные модели различных механизмов. Особенное внимание привлекли «механический гребец» и «механическая лошадь». Они удивительно точно воспроизводили движения живых прототипов.
Лошадь стояла на четырех коробчатых ногах, связанных между собою системой стержней. Параллелограмм из четырех свободно сочлененных стержней соединял всю систему в единый узел; в то же время две его стороны скреплены с двумя точками на корпусе «лошади» и могут поворачиваться вокруг них. Стоит осуществить такое вращательное движение, и все четыре ноги начинают переступать таким же образом и в такой же последовательности, как это происходит при движении лошади. У механического гребца — также система сочлененных стержней. Узел ее — стержень-кривошип; один его конец может вращаться вокруг жестко закрепленной оси, а другой, сочлененный шарниром со всей системой, описывает полную окружность. Стоит сообщить кривошипу движение, и два стержня, которые играют роль весел, начинают мерную «греблю»: их концы двигаются по таким же траекториям, которые получаются у настоящего гребца, когда он взмахивает веслами, погружает лопасти в воду и выводит их из воды.
Эти удивительные механизмы были собраны из одних лишь стержней, и весь секрет был в том, как эти стержни соединены между собой и каково соотношение размеров их отдельных частей. В сложном механизме «гребца» были стержни десяти, а в механизме «лошади» — лишь трех размеров.
Создавая свои механизмы, П. Л. Чебышев подбирал их части не на ощупь, а с помощью математического анализа. В то время трудно было представить столь прямую и верную дорогу, ведущую с вершин «царицы наук» к рабочему столу конструктора.
Казалось, что механические «лошадь» или «гребец» не имеют никакого практического значения — ведь такие механизмы никому и нигде не могли пригодиться. Но для Чебышева суть их заключалась в том, чтобы показать на примерах, доступных пониманию самого широкого круга людей, что с помощью механизмов можно воспроизвести в машинах самые сложные движения, выполняемые руками и ногами живых существ.
Вот почему механизмы Чебышева были приглашены на Всемирную выставку в качестве одного из чудес техники.
Через пятнадцать лет, в 1893 году, новые изобретения Чебышева переплыли Атлантический океан, чтобы стать одной из сенсаций на Всемирной выставке в Чикаго. Среди них было его самокатное кресло. Каждое из колес приводилось в движение седоком с помощью рычага через систему стержней.
Чебышев работал в тот период, когда в промышленности начался переход от ручной техники производства к машинной, от небольших мануфактур — к фабрикам и заводам. «Чудо анализа», осуществленное русским математиком и изобретателем, послужило фундаментом, на котором энергично строилось здание машиноведения.
ТЕО ЯНСЕН
Cовременным продолжателем дела Чебышева является голландский ученый и художник Тео Янсен, который называет себя кинематическим скульптором. Тео Янсен семь лет изучал физику и живопись в университете Дельфта, работал профессиональным художником, а сегодня он — известный изобретатель механических «живых» существ.
Тео создает удивительные движущиеся скульптуры из пластиковых трубок, полиэтилена и картона, перемещающиеся с помощью силы ветра. Они напоминают фантастических животных, а сам Тео Янсен называет их новой формой жизни.
Уже более двадцати лет он работает над чудесными механизмами, которые называет strand beest. Это ходячие аппараты, не имеющие определенного практического применения, однако бесспорно являющиеся предметом инженерного искусства.
Их среда обитания — прибрежный песок, где колесо становится бесполезным. Используя методы математического анализа, Тео сперва рассчитывает все параметры своих будущих созданий и лишь затем строит их и выпускает на пляж, где тысячи людей собираются, чтобы понаблюдать за их «жизнью» в естественной среде.
Семейство strand beest постоянно растет — эксперименты начинались с небольших механизмов, сейчас же на отмели возле дома Янсена поселилось целое семейство удивительных существ, неторопливо прогуливающихся по кромке прибоя во время бриза. Последнее изобретение Тео Янсена — Animaris Rhinoceros Transport — шестилапое существо массой в две тонны. Посмотрев на фото, трудно даже представить себе, что создания Янсена способны двигаться. Поэтому для тех, кто интересуется его творчеством, больше подходят видеоролики, которых в Сети уже достаточно много.
«Иногда они по несколько дней ждут порыва ветра, чтобы пройти всего пять минут, — говорит Янсен. — Они как змеи. Змеи тоже днями лежат на солнышке, поджидая пищу. На пляже мои животные должны ловить ветер и подолгу ждать, пока в их желудках его наберется достаточно для прогулки».
Опасность для механизмов представляют штормы, и изобретатель создает новые конструкции, устойчивые к непогоде. Некоторые его «животные» уже «научились» прижиматься к поверхности при сильном ветре. В эпоху электроники звучит как фантастика, но в существах Тео есть лишь механика и математика.
Владислав КОНОРОВ