Премии журнала «Дискавер»

В истории техники лишь немногих из упорного племени изобретателей венчают лавры и денежные премии, жизнь большинства трудна и даже трагична. Восемь лет назад сотрудники журнала «Дискавер» решили: если мы не можем помочь продвижению изобретений на рынок, то постараемся сласти имена и дела их авторов от забвения. С тех пор они присуждают ежегодные премии за технологические инновации по семи разделам. Мы расскажем о лауреатах 1997 года. В этот раз были присуждены еще две премии за технологии, которые так новы и революционны, что их трудно отнести к какому-то из разделов. С них и начнем.

1. Искушение мельчайшим

Премия Джеймсу Гимжеескому из фирмы IBM — «Молекулярный абак».

С тех пор как были открыты фуллерены — молекулы из десятков атомов углерода, похожие на футбольный мяч,— ученые усиленно искали им применение. Впервые это удалось изобретателю из исследовательской лаборатории фирмы IBM в Цюрихе. Началось все с того, что он с коллегами работал с очень чувствительным сканирующим туннельным микроскопом. Его пробный щуп столь тонок, что им можно перекатывать отдельные атомы и, скажем, выложить буквы IBM из сильно охлажденных атомов ксенона. После атомных забав Гимжевский решил построить атомный абак — это счеты древних арабов, только сделанные из десяти рядов фуллеренов по десять штук в каждом. Для перемещения «костяшек» использовался тот же щуп микроскопа.

Пока это всего лишь детская игрушка, но такое простейшее приспособление показывает, до какого мастерства дошли экспериментаторы. Теоретики же предполагают, что подобный абак может запасти в миллиард раз больше информации, чем обычный компьютерный чип.

Премия Надриану Зееману из университета в Нью-Йорке - «Произвольные структуры из нитей ДНК».

Когда ученые создадут механизмы молекулярного размера, то миниатюрные роботы станут путешествовать по вашим кровеносным сосудам и излечивать от самых разных болезней. Конечно, это мечты, но химик Нед Зееман приблизил их осуществление на несколько лет. Работая с ДНК, он сконструировал такие крошечные объекты, что на одном квадратном сантиметре их может разместиться несколько миллионов.

Зееман начал подступать к своей идее микроскопического конструирования еще в 1980 году, обнаружив сложные структуры из четырех ниток ДНК. Тогда пришла мысль, что можно создавать собственные конструкции, «состегивая» одну нитку с другой. Долгое время идея не воплощалась в жизнь, поскольку соединения получались недостаточно прочными и быстро рассыпались. Наконец, в июне 1996 года Зееман придумал, как создавать долговечные двойные соединения: «Теперь мы можем делать из них практически любые формы».

• Марк Фрогатт

• Джеймс Гимжевский

• Нед Зееман

• Сакуи Араи

• Рик Литтлфилд

. Ральф Джеймс

• Эдвуд Норрис

• Кельвин Дрожемайер

• Субхенду Гуха

2. Автомобили и транспорт

Премия Сакуи Араи из компании «Хонда» — «Сверхчистый автомобильный выхлоп».

По данным американского агентства по защите окружающей среды, 80 миллионов американцев дышат слишком грязным воздухом. Главная причина - автомобильные выхлопы. Инженеры из «Хонды» посчитали это вызовом их профессиональному мастерству. «Я думаю, что теперь нам удалось создать самый чистый двигатель внутреннего сгорания, когда-либо существовавший на Земле»,— считает руководитель проекта Сакуи Арам. Когда система проходила испытания на модели «Цивик» в ноябре 1996 года, была единственная проблема: приборы просто не могли зарегистрировать загрязнения — воздух из выхлопа шел чище, чем атмосфера многих промышленных городов.

В моторе подавлен выхлоп окиси углерода, окиси азота и других «гадостей» раз в шестьдесят лучше, чем того требуют американские стандарты чистоты воздуха. Все прежние рекорды перекрыты как минимум в десяток раз. При этом никаких особых жертв зила снижения мощности или уменьшения срока работы не потребовалось, не возросла заметно и розничная цена.

Одна из главных причин успеха — переход на природный газ в качестве горючего. В нем много метана, он горит эффективней бензина и дает существенно меньше углекислого газа. Кроме этого, были созданы специальные компьютерные программы для расчета оптимальной смеси горючее — воздух, сделаны новые инжекторы, усовершенствованы некоторые части мотора для более высокой компрессии и система транспортировки горючего, установлены два каталитических конвертора, а бак сделан из специальных прочных углеродных материалов. Каждое из улучшений дало небольшой результат, а все вместе сложились в настоящее чудо. Серийный выпуск новой машины начался в конце 1997 года.

Из финалистов хочется отметить Кеннета Бакера — вице-президента компании «Дженерал моторе», — разработавшего модель электромобиля с пробегом 150 километров между подзарядками, не уступающего BMW-318 в резвости ускорения.

А это — некоторые из числа «финалистов» конкурса журнала «Дискавер».

3. Авиация и аэрокосмические исследования

Премия Марку Фрогатту из центра НАСА в Лэнгли — «Сенсор из оптических нитей».

Перед тем как сломаться, любая деталь некоторое время работает с избыточным напряжением. Говоря человеческим языком, из последних сил. Марк Фрогатт придумал, как «почувствовать» эту перегрузку практически в любых самолетных и космических конструкциях . Он подметил, что свет по- разному распространяется в свободном и растянутом (или сдавленном) оптическом волокне, и решил этот эффект использовать. Тоненькие нити из таких волокон приклеиваются во всех опасных местах, скажем — по бакам с горючим. Постоянно посылая по ним лазерный сигнал и анализируя его по возвращении, можно судить о нагрузке на детали, к которым приклеены ниш.

Самый интересный «проигравший» проект: Майкл Микки из университета штата Пенсильвания создал ракету, в которой двигатель работает на принципе микроволновой печки. Газ в ней разогревается до нескольких тысяч градусов и вырывается наружу, создавая тягу.

4. Компьютерные технологии и электроника

Премия Рику Литтлфилду из Тихоокеанской национальной лаборатории — «Портативный ультразвуковой облучатель».

Ультразвуковая диагностика известна давно, но использовать ее раньше можно было лишь в стационарных условиях, кроме того, управляться с ней было непросто. Рик Литтлфилд соединил портативный ультразвуковой датчик с удаленным от него компьютером, на экране которого возникает трехмерное изображение просматриваемого участка. Таким образом хирург, не выходя из. больницы, может диагностировать внутренние повреждения солдат, находящихся на поле боя. Для того чтобы водить сенсором по тому месту, где болит, достаточно квалификации ротного фельдшера. Хотя делалось устройство по заказу военного ведомства, очевидно, что ему найдется применение и в сельских районах, удаленных от больниц и врачей.

В этой категории еще двое финалистов достойны упоминания: Нейл Скотт из Стенфордского университета создал систему общения с компьютером для людей с ограниченными двигательными возможностями, а Хомаюн Казерони из Калифорнийского университета сделал робота, умножающего человеческие возможности — при развиваемом нами усилии в один килограмм он поднимает в 25 раз больше.

5. Математическое обеспечение компьютеров

Премия Кельвину Дрожемайеру из университета штата Оклахома — «Система предсказания погоды в районе».

Уже само имя автора, связанное с измерением температуры, предопределило его профессию — изучать погоду. В конце восьмидесятых годов он получил заказ от американского правительства: попытаться предсказать развитие штормов, имея в своем распоряжении данные от сети 160 радаров, разбросанных по всей стране. К сожалению, радар может измерять только одну компоненту скорости шторма — «на него», перпендикулярная компонента остается произвольной. Дрожемайер решил использовать суперкомпьютер для того, чтобы постепенно перебирать все возможные варианты поперечной компоненты и «угадывать» полную картину ветра. Повторяя процесс полсогни раз, он научился предсказывать шторм часов за шесть до его развития. Уже в первых испытаниях в июне 1996 года удалось предсказать четыре пятых ураганов. Ожидается, что широкомасштабное внедрение разработанной программы может сэкономить США около 14 миллиардов долларов в год.

Победитель обошел Стива Дустина из компании «Моторола», написавшего программу, понимающую разговорный китайский язык, и СарГура Шригари из университета в Баффало, разработавшего автоматическую систему чтения почтовых адресов.

6. Окружающая среда

Премия Субхенду Гуха, вице-президенту американской компании «Объединенные солнечные системы» — «Гибкие солнечные батареи».

Однажды в 1994 году во время лекции о солнечных батареях Субхенду Гуха показал фотографию дома с такими батареями на крыше. Оказавшийся в зале архитектор спросил: «Почему они выглядят столь уродливо?» Брошенный вскользь вопрос задел Гуху за живое и он собрал свою лабораторию на экстренное собрание «Как сделать батареи красивыми?» Оказалось, что никто не задавался раньше подобным вопросом, поэтому путь от постановки проблемы к ее решению занял два года. В июле 1996 года был готов окончательный вариант. Изобретение состояло в том, как изготавливались батареи. Гигантские рулоны нержавеющей стали длиной в полкилометра прокатывались через серию валов и на них наносили девять слоев силикона. Затем их покрывали полупроводниковыми пленками и, наконец, красили в цвет обыкновенных крыш, нанося еще и защитный пластик. Рулоны разрезали на стандартные куски, которыми можно было покрывать крышу, как и обычными листами железа или черепицы. Двадцать квадратных футов такой крыши «выдают» 100 ватт электрической мощности, то есть примерно треть крыши способна обеспечить дом необходимой энергией, естественно, когда солнышко светит.

Дон Дилис из Лаборатории американских воздушных сил в Риме создал пластмассовые батарейки, а Роберт Крабтри и Хуан Бурдениус из Йельского университета научились разрушать хлорсодержащие газы при помощи обычного ревеня. И все- таки они уступили Гуха и остались только финалистами конкурса.

7. Зрение

Премия Ральфу Джеймсу из американской национальной лаборатории в Сандии — «Компактный сенсор».

Прибор, созданный Джеймсом, умеет очень точно измерять потоки гамма-лучей и определять их энергию, поэтому он совершенно незаменим при контроле за состоянием радиоактивных отходов. Еще десять лет назад, когда автор изобретения начал исследования, «высмотреть» одиночные гамма-лучи можно было лишь германиевым кристаллом, охлажденным в жидком азоте. Джеймс начал искать что-то более дешевое и удобное в работе. При помощи украинских специалистов ему удалось вырастить сложный кристалл из теллура, кадмия и цинка, который был очень чувствительным. Еще восемь лет устройство доводилось до эксплуатационного образца.

Среди финалистов интересно отметить компании «Канон», «Фуджи», «Кодак», «Минольта» и «Нихон», участвовавшие в конкурсе единым коллективом,— за создание новой системы фотографирования.

8. Звук

Премия Элвуду Норрису из Американской технологической корпорации — «Гиперзвуковся аудиосистема».

В этих колонках звук создается не колеблющейся мембраной, а особым кристаллом, который направляет мощный звуковой луч через комнату, как луч фонарика. Когда этот луч достигает перегородки или стены, он отражается и рассеивается — возникает иллюзия, что звук испускается именно этим местом на стене. Стереоэффект создается при посылке двух лучей, причем вы можете менять место их «возникновения». Интересно, что в установке Норриса производится не звук, а ультразвук высокой частоты. Он использовал эффект, обнаруженный полтора столетия назад Германом Гельмгольцем: если очень громко взять на органе две ноты, то вы услышите и третью, частота которой равна разности частот первых двух. Кристалл Норриса испускает ультразвук с частотами 200440 и 200000 герц, а слушатели замечают лишь разницу — ноту «ля» с частотой 440 герц.

Один из финалистов, Джон Голдсмит из Чикагского университета, создал компьютерную программу человеческой речи с интонациями. •

Материал подготовил А. СЕМЕНОВ.