Изготовление сложного прибора, например телефонного аппарата, не удастся описать одним простым алгоритмом. Каждую деталь или отдельный узел придется поручить специализированным бригадам насекомых, наделенных соответствующими инстинктами; другие бригады будут собирать эти узлы в единое целое. Однако по нашим нынешним меркам полученная таким образом продукция будет выглядеть весьма странно. Во-первых, никакие две конструкции не будут одинаковыми, они не будут иметь ни строгих геометрических линий, ни точных размеров. В них удивительным образом будут сочетаться изысканность и уродство форм и очертаний. И тем не менее сам принцип их изготовления гарантирует высокую надежность. Если же возникнет какая-то неполадка, то прибор достаточно будет вернуть на соответствующий участок конвейера, где трудолюбивые насекомые сами ее исправят.
New Scientist, February 26, 1981
Термиты известны своей способностью подтачивать деревянные сооружения изнутри, вследствие чего те разрушаются при малейшем прикосновении. Рассказывают, например, как в Индии колышки на поле для игры в крокет были по недосмотру оставлены на ночь. На другой день во время матча игрок одним ударом прошел все воротца, которые буквально разлетелись в пыль. Этот невероятный рекорд стал возможен благодаря термитам, под покровом ночи совершившим коварную «диверсию».
В своей лекции памяти Джейкоба Броновского, прочитанной в 1979 г. в Массачусетсом технологическом институте, Филип Моррисон привел пример строительного алгоритма термитов. Из измельченного дерева и собственной слюны термиты вырабатывают липкую смесь, напоминающую папье-маше. Крупинки этой смеси склеиваются друг с другом и затвердевают. При постройке термитника — очень сложной конструкции, достигающей шестиметровой высоты, — каждое из насекомых слепо руководствуется следующим алгоритмом:
1. Сделать столбик из крупинок.
2. Когда столбик достиг определенной высоты, посмотреть, нет ли поблизости более высокого столбика, — если есть, то оставить свой столбик и продолжать работу на более высоком.
3. Когда столбик достиг еще большего размера, посмотреть, нет ли по соседству столбика, который можно соединить со своим. Если нет, оставить свой столбик и искать другой подходящий столбик рядом.
4. Если по соседству имеется подходящий столбик, соединить его со своим перемычкой. Далее продолжать все сначала.
Руководствуясь этим алгоритмом, тысячи неорганизованных насекомых строят в результате сложный многоярусный лабиринт. У них нет ни планов, ни чертежей; нет и двух одинаковых термитников, однако все термитники служат прекрасными домами для этих насекомых. По-виднмому, алгоритм должен содержать дополнительные инструкции, предусматривающие, скажем, сводчатую форму сооружения или его ориентацию (термитники нередко вытянуты с севера на юг), но даже такой алгоритм неизмеримо проще самого примитивного эскиза. Разработка конструкций, создаваемых по подобным алгоритмам, могла бы стать одним из направлений в архитектуре.
С разрешения редакции New Scientist.
Дома на воде
Долгая история архитектурных поисков и нерационального городского планирования наводит Дедала на мысль, что дома следует делать подвижными, чтобы в случае перепланировки не нужно было разрушать старые здания. Для перемещения домов удобнее всего было бы использовать принцип воздушной подушки, но, поскольку давление, оказываемое зданиями на опорную поверхность, составляет 0,02–2 атм, воздушная подушка вряд ли обеспечит требуемую подъемную силу. К тому же передвижение зданий сопровождалось бы невообразимым шумом. Поэтому Дедал намеревается использовать вместо воздуха воду, плотность которой в 1000 раз выше. Платформа на водяной подушке могла бы создавать значительную подъемную силу при относительно небольшом расходе воды. К сожалению, при этом вода затопит всю улицу, если только каким-то образом не отводить поток. Дедал предлагает окружить платформу водоотсасывающим кольцом, собирающим воду и возвращающим ее в систему. Дедал проектирует здания, оснащенные цистернами, насосами и всем необходимым для того, чтобы в считанные минуты превратить их в самоходные сооружения. Такой системой можно оснастить и многие существующие здания, возведенные на неглубоких или «плавающих» фундаментах.
Громко хлюпая, эти урбанистические суперводомерки будут скользить с места на место, подчиняясь прихотям архитектурной моды: высотный дом уступит место многорядному виадуку, а у подножия гигантов будут копошиться коттеджи и павильончики. Заводы будут ездить по стране в поисках квалифицированных рабочих или правительственных субсидий; пустеющие многоэтажные офисы приползут в центр Лондона, где спрос на них огромен, а старые конторы со своим персоналом покинут насиженные места, уступая требованиям комиссии по перепланировке. Трущобы гетто и загородные виллы будут располагаться обособленно или вперемежку, сообразуясь с текущей правительственной политикой (если же их просто оставить в покое, то со временем они естественным путем придут к равновесию). Проектировщики городов смогут не только учиться на своих ошибках, но и исправлять их. Только составители городских карт и работники коммунального хозяйства, наверное, проклянут новую Утопию.
New Scientist, February 3, 1972.
Рассмотрим платформу радиусом r, под которой в радиальных направлениях прокачивается жидкость через зазор размером x. Общая площадь щели А=2πrx, так что секундный массовый расход жидкости равен m' = arρ = 2πrxvg.
Давление p, создаваемое в жидкости перед щелью, должно равняться потоку импульса через единицу площади щели, т. е. p = 2πrxv2ρ/2πrx = v2ρ.
Это давление одинаково всюду под платформой и действует на всю нижнюю ее поверхность. Тогда полная подъемная сила F равна произведению давления на площадь поверхности: F = πr2v2ρ. Ясно, что вода, плотность которой в тысячу раз больше, чем у воздуха, создает в тысячу раз большую подъемную силу. Принимая разумные размеры платформы на водяной подушке: r = 10 м, v = 10 м/с, ρ = 1000 кг/м3, находим: р= 102 × 1000 Н/м2 = 1 атм; F = π × 102 ×102 × 1000 = 3,1×107 Н.
Прекрасно!
Какая мощность потребуется для создания нужного потока жидкости? Окружив здание прочной эластичной «юбкой», мы можем уменьшить зазор между ним и землей до 1 мм. Тогда массовый расход воды составит m' = 2π × 10 × 10-3 × 10 × 1000 = 630 кг/с. Значит, мощность Р = 1/2m'v2 = 0,5×630×102 = 31 кВт = 40 л.с. Это не так уж много. Чем больше размер платформы, тем лучше, поскольку подъемная сила пропорциональна квадрату радиуса, а требуемая мощность — первой степени радиуса.
Разумность моей идеи настолько очевидна, что я не мог не беспокоиться за свой приоритет. Поэтому я не очень удивился, узнав, что другие организации «наступают на пятки» фирме КОШМАР. Шесть месяцев спустя (New Scientist, Aug. 17, 1972, p. 340) было опубликовано сообщение о том, что Национальная инженерная лаборатория в Ист-Килбриде использует платформы на водяной подушке для перемещения тяжелых грузов в доках. Патенты иа эти платформы принадлежат Национальной научно-исследовательской корпорации. (Интересно, не потеряли ли они силу из-за того, что я опубликовал свой проект раньше?) Предполагалось, что такие платформы будут в основном использоваться для точной установки тяжелых деталей при сборочных работах. Никто, однако, не додумался пока применять их для перемещения зданий.