<<
>>

Глава 3. Инженерный подход при конструировании исследовательского оборудования. Принципы ТРИЗ

Мир погибнет от беяamp;бйствия людей.

Кришна

Где бы ты ни оказался, живи по законам того мира, в который ты попал, и используй сами эти законы, чтобы освободиться от них.

В.ОЛелевин

Все развитие человечества и становление современной цивилизации шло от пассивного использования каких-либо ресурсов к их воспроизводству и производству. Охота на диких животных трансформировалась в скотоводсгво, собирательство съедобных растений и их плодов — в растениеводство и т.д. Медоносная пчела тоже вначале была объектом «охоты». Такая эксплуатация этого биологического ресурса была трудоемка, малоэффективна, опасна для человека и катастрофична для пчел. Люди довольно скоро это поняли и стали ставить «колоды» (куски выдолбленных стволов деревьев) неподалеку от своего жилища. Однако и такая пасека была неэффективна и трудоемка. И лишь после изобретения рамочного улья Петром Прокоповичем пчеловодство, благодаря этому инженерному шагу, стало индустрией. Современные ульи — это «искусственное дупло» — инженерный продукт, позволяющий создавать оптимальные и сверхоптимальные условия для пчел и при этом изымать излишки ресурсов, которые производят пчелы именно благодаря таким условиям.

В пчеловодстве сделано много изобретений, направленных на максимизацию эффективности работы, как пчел, так и пчеловодов.

Освоение человеком шмелей как опылителей только началось, но оно проходит те же этапы становления. Вначале люди переносили гнезда просто поближе к посадкам сельскохозяйственных культур,

которые подлежали опылению. Затем привлекали в приманочные гнездовья. Л сегодня в странах Бенилюкса, Израиле, Канаде и многих других их разводят, как бройлерных цыплят. Очевидно, что когда люди переходят от пассивного использования ресурса к активному его созиданию, они вступают в область инженерии. Любое производство требует самого разнообразного оборудования, которое надо сконструировать, изготовить, испытать и, постоянно совершенствуя, применять в деле.

Известно, что инженерное дело очень развито и имеет давние традиции в областях использования неживых тел, веществ, объектов (механика, физика, химия). Наиболее тесно связана инженерия с самыми разными областями машиностроения. К сожалению, в тех системах, где задействованы биологические объекты и их системы, либо био-косные тела (почва, например), инженерия развита гораздо слабее, чем в вышеперечисленных сферах (Богатырев, 2000). Экологическая инженерия делает лишь первые шаги. Между тем, сознательное конструирование биологических и/или экологических систем, или систем, кот орые хотя бы отчасти включали бы биологические элементы, требует особых подходов. В инженерном деле и изобретательстве сделаны серьезные теоретические обобщения в области самого процесса конструирования и поиска решений технических задач. История развития техники демонстрирует, что технический прогресс и изобретательство шли, к сожалению, почти всегда «вслепую», методом проб и ошибок. Это действительно самый малопродуктивный образ действий. А между гем уже много лет в нашей стране в сфере инженерных наук (в основном, машиностроении) успешно развивается система ТРИЗ (теория решения изобретательских задач), где разработана разветвленная система формализованных приемов, процедур, алгоритмов решения, казалось бы, неразрешимых задач. Поскольку традиционно изобретательство было тесно связано с машиностроением и инженерией неживых систем, то и ТРИЗ естественно оставался в целом в этих пределах. Однако создатели ТРИЗа не раз подчеркивали принципиальную универсальность такого подхода (Альтшуллер, 1973, 1979; Бухвалов, Мурашковский, 1993- Б.Л.Злотин, А.В.Зусман, 1989, 1991; Меерович, Шрагина, 2000; Михайлов, Аминов, Воронина, Сергеев, Соколов, 1999; Селюцкий, 1989; Тимохов, 1996, ТРИЗ-сайты). Но в силу того, что это ремесло (как назвал его И.В.Иловайский, один из специалистов ТРИЗа) имело делос неживым материалом, то и рецепты очень часто выглядя т так, что ни одна живая система не выдержит таких манипуляций (сверхнизкиетемпературы, раздробление, испарение, а затем конденсация и т.д.).
Тем не менее, многие приемы вполне применимы и кживым системам; с другой стороны, те стороны живых систем, которые и делают их живыми, в ТРИЗе практически не разработаны и не задействованы.

В любой инженерной деятельное™ человек сталкивается с необходимостью решить какую-либо проблему, чтобы получить желаемый результат наиболее эффективным способом. Решение же любой проблемы зачастую подразделяется на более частные задачи; одни из них решаются легко, другие вызывают значительные трудности, третьи ставят проектировщика в тупик, А между тем, наиболее безнадежные тупиковые ситуации подчас оказываются самой перспективной точкой роста, предпосылкой для нетривиального решения и незаурядного изобретения.

Следует перечислить типовые приемы устранения технических противоречий (Альтшуллер, 1973, 1979) и пояснить их краткими примерами.

Авторство формулировок принципов принадлежит Г.СЛльтшул леру, а примеры в приложении конкретно к созданию оборудования в шмелеводстве подобраны мной, поскольку Г.С.Альтшуллер приводит примеры из областей, как правило, далеких от живых систем или сферы природопользования. Итак,

  1. Принцип дробления предполагает:

а)              Разделить предмет на независимые части. Для лучшей сохранности собранного урожая, его хранят например, не в одном месте (чулане, погребе, амбаре и т.д.), а в нескольких,jAro снижает уязвимость запасов от чрезвычайных происшествий и биоповреждений.

Для транспортировки шмелей рекомендуется помещать их не в один большой сосуд, а каждого шмеля поместить в отдельный небольшой пенал.

б)              Выполнить объект разборным. Любые легкие сезонные сооружения — теплицы, тенты, временные изгороди.

В пчеловодстве огромное разнообразие разборного оборудования (в том числе ульи), что связано с компактностью хранения и транспортировки, а также взаимозаменяемостью узлов. Громоздкое полевое оборудование (особенно при транспортировке в экспедиционных условиях) должно быть разборным. Примером могут служить схемы разборного вольера (рис.54) и фотсэклектора (рис.55). Лабораторное оборудование — ульи, наблюдательные коридоры и т.д. должны легко состыковываться в любых комбинациях. Кроме того, делая объект разборным, мы получаем возможность легко дезинфицировать его и заменять вышедшие из строя части. Именно поэтому все столярные соединения необходимо делать на шурупах или болтах, а не на гвоздях.

в) Увеличение степенидробления. Посевы пчелоопыляемых культур на большой площади плохо опыляются насекомыми. Для полноценного опыления необходимо «раздробить» большие поля на мелкие.

Та же закономерность отмечена для уток: емкость среды одного большого пруда существенно меньше двух прудов той же суммарной площади. Наглядный пример применения этого принципа — проект парка-резервата BOMBORETUM, описанию которого будет посвящен раздел 1 главы 4.

В результате наших исследований оказалось, что опыление шмелями растений наиболее эффективно при дроблении их площади на небольшие участки.

  1. Принцип вынесения, (отделить от объекта «мешающее» свойство или часть, или, наоборот, нужную час ть).

Например, приставка-коридор (рис.48) удобнее всего в употреблении, если она не прикреплена к улыо жестко, а соединена гибким гофрированным шлангом. Это позволяет установить приставку- коридор в удобном положении для наблюдателя. Аналогично вынесены на наружную стену лаборатории летки с прилетными устройствами (рис.37).

  1. Принцип местного качества:

а) Перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной. Увеличение разнообразия и плюрализма во всем — в посевах, в животноводстве, в множественности источников энергоснабжения, в питании, в типах жилища и т.д. Скажем, переход от монокультурных посадок к поли- культурным увеличивает совокупные показатели экосистемы — урожайность, биомассу, устойчивость к неблагоприятным воздейст виям и т.д.

Стены лабораторно-полевых ульев в типичном случае должны иметь трехслойную структуру; внешняя оболочка (защита от атмосферных воздействий, повреждений птицами или грызунами), средняя — утеплитель (обычно пенополистирол, поролон, войлок или опилки), внутренняя (деревянная или фанерная оболочка, которая предотвращает разрушения шмелями средней оболочки). Голландские, бельгийские и израильские ульи имеют внутреннюю оболочку из прочных сортов пластика.

б) Разные части объекта должны иметь разные функции. Планировка участка вокруг индивидуального жилища должна, например, строиться так: вплотную к дому примыкают ежедневно посещаемые посадки (огород), далее идет зона редко посещаемых посадок (сад), еще дальше располагаются участки, которые необходимо посещать лишь эпизодически.

В шмелеводстве примером такого подхода может быть парк BOMBORETUM (раздел 4.2). В отличие от известных микрорезерватов. планировка парка BOMBORETUM подразумевает зонирование пространства на фуражировочную и гнездовую зоны.

В лабораторном помещении необходимо предусмотреть комнаты с разным режимом микроклимата, в зависимости от их предназначения: содержание живых семей шмелей, зимовка, хранение приманочных гнездовий и т.д.

в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее соответствующих ее работе (функции) и/или Потребностям. Теплица, например, должна быть помещена с южной части дома, равно как и наиболее свето- и теплолюбивые растения. Напротив, теневыносливые растения располагают с северной стороны дома.

Приманочные гнездовья в надземной позиции следует размещать с южной или юго-восточной стороны дерева, столба, стены, дома и Т.д.

4- Принцип асимметрии.

При конструировании любое устройство автоматически станет асимметричным, если будут учтены все факторы, воздействующие на изделие. Максимизация положительных факторов и минимизация отрицательных эффектов будет «деформировать» изделие. Так, любая планировка участка, дома, иного сооружения автоматически станет асимметричной, если будет учтены роза ветров, источники шума, инсоляции, расположение дорог и т.д. Все эти благоприятные и неблагоприятные факторы будут изменять облик сооружения, чтобы максимизировать положительные и свести к минимуму отрицательные воздействия. Симметричные конструкции уместны лишь в абсолютно однородной среде, а это скорее исключение, чем правило. Типично асимметричный облик имеет лабораторно-полевой улей за счет того, что с одной стороны находится окно для наблюдений за гнездовыми камерами, а с другой — выходы летков (рис.26, 27).

5* Принцип объединения:

а) Соединить однородные объекты. Строители и архитекторы хорошо знают, что, объединив несколько домов, мы получаем выигрыш в материалах, энергопотреблении и т.д. Злоупотребление этим принципом — пример многоэтажного многоквартирного дома в городе, которое порождает шлейф проблем, сводя на нет преимущества (Богатырев, 2000).

Однако блокирование по несколько ульев шмелей — весьма разумное и экономное решение (рис. 17). Объединение приманочных шмелевника и осятника решает проблему конкуренции этих насекомых за одну гнездовую полость, экономит материалы и снижает теплопотери обеих камер (рис. 16). Объединение стеклянных коридоров для наблюдения за летной активностью шмелей из разных гнезд увеличивает производительность труда наблюдателя (рис.2б, 27, 47).

б) Объединить во времени несколько операций. Хранение шме- левников зимой в сухом проветриваемом помещении с температурой наружного воздуха одновременно является и мерой дезинфекции (вымораживание). Эксперименты, наблюдения, меры по профилактике и выращиванию семей следует спланировать так, чтобы способствовали бы друг другу, а не мешали.

6. Принцип универсальности.

Любой глубоко и всесторонне продуманный процесс в системе экологической инженерии должен нести на себе печать универсальности. Лабораторно-полевые ульи (рис.25-27) могут использоваться внутри помещения, под открытым небом, для нужд опыления сельскохозяйственных культур, для наблюдений и экспериментов с семьями этих насекомых, демонстрационных и учебных целей и т.д.

Сама идея охраны и разведения шмелей имеет много положительных сторон, а, стало быть, универсальна. Снаряжение для полевых работ (инструменты, оборудование и т.д.) должно быть поли-

Рис.57. Пример универсального инструмента — комбинированные клещи, включающие в себя гаечный ключ, кусачки, молоток гвоздодер, отвертку и открывалку для консервных

банок

Fig.57. Example of universal tool — multiple tongs, which include wrench, тоге cutter, hammer, nail puller, screw-driver and can opener

функциональным, так как для транспортировки имеет значение вес, объем и количество транспортируемого груза. Комбинированные инструменты (рис.57) — один из таких примеров. Контейнер для оборудования с верхней гранью в виде столешницы или сиденья — еще одна иллюстрация этого принципа (рис.56).

7- Принцип «матрешки».

Этот рецепт следует употреблять, когда важна экономия пространства (места, объема). Скажем, в тесных помещениях употребляют двери, двигающиеся вбок на роликах (иногда они при этом прячутся в стену). Удобны контейнеры (ящики и др. тара), которые используются сезонно, а хранятся, будучи сложены друг в друга. Пластиковые или металлические трубки, телескопически вложенные друг в друга, позволяют плавно регулировать длину шмелепроводов от улья в лаборатории до наружного летка в стене дома.

Этот принцип оказывается очень полезен, когда размер и форма коробки для начальных стадий принудительного гнездования тщательно сопряжена с размерами улья, в котором предполагается содержание зрелой семьи шмелей. Тогда разросшуюся семью, которой коробка стала тесной, переселяют в улей очень просто: устанавливают коробку в улей, снимают с нее кры шку и закрывают улей. Если работу проводить аккуратно и в темноте при красном свете, то шмели просто не заметят этой процедуры. А отсутствие различных стресси- рующих факторов — важное условие благополучного развития семьи шмелей.

  1. Принцип антивеса состоит в том, чтобы:

а) Использовать противовес. В наших конструкциях противовес использовался в отсекателе-дозаторе шариков в механическом счетчике влетов и вылетов (рис.49) и в индикаторе, встроенном в лабораторную приставку к улью (рис.48).

б) Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро-, гидродинамики и т.д.). Следует учитывать, что ветер может опрокинуть или сломать легкие сооружения и устройства: вольеры

для шмелей на открытой местности, легкие пенополистироловые „ ульи (если они не закреплены). Поэтому следует применять растяжки, балласт или иные способы надежного прикрепления оборудования в полевых условиях.

Разметочные проволочные шпильки гораздо лучше противостоят ветру, если они не «одноногие», а «двуногие» (рис.ЗЗ).

9. Принцип предварительного напряжения.

Вся строительная бионика, создавая сверхлегкие, ажурные и изящные конструкции, использует в качестве прототипов структуры растений, скелетов и панцирей различных животных и т.д. И во многих случаях применяет этот принцип, который избавляет от излишне массивных решений проблем прочности.

Ю. Принцип предварительного исполнения:

а) Заранее выполнить требуемое изменение объекта. Зачастую это означает не ждать, когда объект сломается, а «сломать» его заранее в контролируемых условиях, в нужном месте и времени. Двухъярусное гнездовье (рис. 16), которое подразумевает не борьбу с конкурентами шмелей (осами), а «переориентацию» последних на заселение отсека, соседнего со шмелиным.

б) Заранее расположить объекты в соответствии с ожидаемыми событиями. Размещение приманочных гнездовий в нужных местах — яркий пример этого принципа.

  1. Принцип зарапее подложенной подушки.

Этот принцип мало чем отличается от предыдущего, его применяют в различных аварийно-спасательных системах. Его смысл сводится к тому, чтобы быть готовым к нежелательным факторам и явлениям, которые по тем или иным причинам невозможно избежать. Так, например, чтобы дождевая вода, которая стекает по стволу дерева и может попадать в шмелевник, не заливала гнезда, при прикреплении его к стволу следует применять кронштейн (рис. 14).

  1. Принцип эквипотенциальпости.

Этот принцип означает, что объекты, участвующие в работе, должны располагаться на одном уровне (горизонтали). Обычно этот принцип тщательно прорабатывают, когда планируют высоту транспортных платформ, чтобы грузы (или пассажиры) двигались беспрепятственно на одном уровне.

Для нашей области учет принципа эквипотенциальности надо осуществлять, когда рассчитываешь высоту рабочего стола, расположенных на нем приборов для наблюдений. При многочасовых наблюдениях оборудование, которое расположено неэргономично (слишком низко или чересчур высоко) ие только утомляет исследователя, но и становится источником ошибок наблюдения. Что же касается горизонтальности расположения шмелепроводов — это уже удобство для шмелей. Чем менее энергоемкий будет путь от летка до гнездовой камеры, тем менее искаженной будет картина поведения семьи шмелей. Эквипотенциальность важна также и при размещении приманочных шмелевников на деревьях или столбах. Опыт нока- зывает, что если улейки размещают на территории, охраняемой от несанкционированного проникновения в гнездовья, то их следует крепить приблизительно па высоте груди. В этом случае будет удобнее всего инспектировать гнезда. Когда количество размещенных гнездовий достигает сотни и более, эргономичность организации работ выходит на первый план.

13• Принцип «сделан наоборот».

Совершение обратного действия. Известно, что излишний объем гнездовой полости улья нежелателен для развития шмелиной семьи. Поэтому в начале онтогенеза семьи камера должна быть небольшой, а по мере роста сота и численности рабочих особей объем гнездовой камеры должен увеличиваться. Традиционо для этого улей надставляли сверху расширяющимися отсеками (рис.42), либо увеличивали объем вбок (рис.38). Однако увеличение объема улья при этом растет скачкообразно, что может внести возмущение в жизнь семьи. Если же «сделать наоборот» — увеличивать размеры полости вниз, то этот процесс будет очень удобен для исследователей и оптимален для шмелей. Для этого пол в улье делают в виде поршня и плавно по мере необходимости перемещают его вниз с помощью винта, установленного под «поршнем». Точность «дозировки» увеличения объема может быть сколь угодно большой, а сама процедура абсолютно незаметной для шмелей и, стало быть, не травматичной.

14- Принцип сфероидальности.

а)              Перейти от прямого к кривому, от плоской поверхности к цилиндрической, от куба к сфере и т.д.

Следует сказать, что в живой природе прямые поверхности, плоскости, линии — скорее исключения, чем правила. Так что живая природа использует указанный принцип в полной мере. Человеку следует лишь научиться вдумчиво следовать природе в этом отношении. Впрочем, если обратить внимание на наиболее древние и «примитивные» виды жилищ и укрытий, то едва ли не у всех народов дома имели круглую форму — юрта, чум, иглу, типи, яранга, древнерусский походный шатер, каменные башни крепостей — все эти сооружения — тела вращения. Кут юл а, арки тоже входят в этот ряд. Современные газо- и нефтехранилища имеют цилиндрическую или сферическую формы. Рациональность этих форм диктуется законами сопромата и минимальным расходом материала.

Привычные прямоугольные формы сельскохозяйственных посевов, теплиц и других сооружений повсеместно начинает заменяться на круглые, кольцевые, сферические, спиральные: круглые и кольцевые поля, теплицы-полусферы (Бобырь, 1977), спиралевидные посадки овощей, круглые пруды (Mollison, 1988). В свое время Ле Корбюзье считал, что оптимальный рост городского поселения должен происходить по спирали. Впрочем, в природе этот принцип используется многие миллионы лет: достаточно взглянуть на тысячи видов спиралевидных раковин моллюсков, расположение семян в шишках хвойных растений и т.д.

Наш опыт показал, что при прочих равных условиях, искусственные гнездовья (улейки) для привлечения шмелей как опылителей сельскохозяйственных культур заселяются лучше, если они сделаны не в виде куба или параллелепипеда, а в виде цилиндрического полого гнездовья, а еще лучше — в улей яйцевидной формы (рис.З). Форма резервата интенсивного типа BOMBORETUM имеет в идеальном случае круглую форму, где присутствуют круговые, кольцевые и спиральные структуры (см. раздел 4.1.).

б) Использовать шарики или ролики.

В механическом счетчике влетов и вылетов (рис.49) использованы шарики, которые отсчитывают количество влетов и вылетов раздельно.

в) Перейти к вращательному движению вместо поступательного. Уже существуют круглые поля, на которых все операции производят с помощью в значительной мере автоматизированных мостовых устройств, когда один конец «моста» (фермы) крепится в центре кругового поля на вертикальной оси, а другой крепится на колесном узле, выполняющем тяговую функцию. Вдоль фермы перемещаются рабочие органы (плуг, сеялка, устройства для полива и т.д.). Такая система оказывает щадящее воздействие на почву при выполнении всех операций, поскольку известно, что основной ущерб в этом и начало эрозии происходят от воздействия трактора (особенно колесного) на почву. В описанном же случае движущий колесный узел перемещается по раз и навсегда заведенной траектории. Эта кольцевая колея имеет гравийное или бетонное покрытие, а иногда и рельсовый путь.

В шмелеводстве для изготовления лунок для подземных приманочных гнездовий можно пользоваться не лопатой, а ручным буром соответствующего диаметра, которым пользуются лесоводы при посадке саженцев деревьев.

  1. Принцип динамичности.

а) Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными па каждом этапе работы. Отслуживший свое продукт или изделие должны легко и естественно быть разобраны и включиться в технологический круговорот (переплавка стекла, металлов, пластика и т.д.) и/или в природные циклы (органические отходы легко могут быть трансформированы в удобрения и/ или в биотопливо).

Уже упоминавшиеся устройства для переменного внутреннего объема улья хорошо иллюстрирует этот принцип.

б) Разделить объект на части, способные двигаться относительно друг друга. Временные сооружения разумно делать из элементов, которые можно двигать друг относительно друга, меняя размеры и конфигурацию сооружения. Например, переселение семьи из приманочного улья в лабораторный или иное место будет значительно упрощен, если внутрьулейка вложить вкладыш, например, из тонкого картона, полностью повторяющий форму и размеры полости улья.

Тогда достаточно будет лишь извлечь этот вкладыш с гнездом, а на его место установить такой же новый. Такие же заменяющиеся съемные элементы использованы и в конструкции ловушки для шмелей (рис.30): полупрозрачный пластиковый стаканчик, куда пойманный шмель сам вылезает в результате фототаксиса, снимается и, запечатанный крышкой, удаляется в контейнер для транспортировки, а на его место устанавливается новый стаканчик.

  1. Принципы избыточного или частичного решения.

а) Принцип избыточности. Этот принцип — фундаментальное свойство всего живого: достаточно вспомнить количество икринок, которое выметывает рыба или число сперматозоидов, приходящихся на одну яйцеклетку. Такая избыточность обеспечивает абсолютную надежность процессу размножения. Избыточность прочности, емкости, запасов ресурсов и т.д. обязательно должны присутствовать в продуктах человеческого конструирования.

Для успешного заселения искусственных приманочных гнездовий обычно их размещают на местности в избытке (в количестве, превышающем предельную плотность заселения). Это гарантирует высокую заселяемость. Избыточные прочность и теплоизоляция ульев — еще одно приложение этого принципа. Наличие запасного оборудования, запасных частей и материалов на случай поломки, потери, полного износа — общее правило бесперебойной работы в любой области, втом числе и в той, о которой идет речь в этой книге.

б) Принцип частичного решения. Зачастую решить какую-либо проблему исчерпывающе невозможно — слишком дорого или нецелесообразно. В этом случае следует довести параметры системы до приемлемого уровня. Например, уничтожить всех вредителей посевов — задача заведомо невыполнимая, но поддерживать уровень их численности на «пороге вредоносности», как говорят специалисты, вполне реально.

Другой пример: достичь 100% опыления и завязывания семян/ плодов сельскохозяйственных культур в индустриальных условиях крупных хозяйств весьма непросто. Поэтому такая задача и не ставится. Количество насекомых-опылителей доводят до такого уровня, чтобы значительно увеличить урожай, но не увеличить при этом издержки на опылителей.

Неудовлетворенность частичным решением — мощный стимул для поиска принципиально новых решений, однако, частичное решение дает резерв времени, чтобы найти нечто лучшее.

17* Принципы перехода в другое измерение.

а)              Переход от линейной к плоскостной и объемной компоновке.

Блокированные многогнездиые лабораторно-полевые ульи (рис. 26, 27), блок наблюдательных коридоров (рис.47) — уже упоминавшиеся примеры. Расположение в подземной, наземной и надземной позициях — создание ярусности для оптимизации процесса заселения разными видами. Это даст возможность управления численностью популяций шмелей.

б) Многоэтажпость вместо одноэтажности.

Двухъярусное комбинированное искусственное гнездовье для ос и шмелей (рис.16) — пример этого принципа. Оно успешно заселяется и оправдывает свое применение. Вместе с тем, злоупотребление этим принципом (Гребенников, 1972) и создание «многоэтажных» гроздевых шмелевников ведет к увеличению конкурентных отношений у шмелей, которые вызывают увеличение их смертности.

в) Наклонить объект или положить его набок. Гели теплица находится на горизонтальном участке земли, то целесообразно внутри нее сделать «склон» — насыпать грунт таким образом, чтобы образовать южную экспозицию поверхности почвы в теплице. Различные желоба, рольганги, сита будут работать эффективнее в наклонном положении. В практике работы со шмелями для улучшения обзора поля наблюдения и предотвращения бликов от стеклянных поверхностей крышек шмелевников целесообразно слегка наклонить в сторону исследователя ульи и наблюдательные коридоры, расположенные на столе. Для этого удобно подложить под них куски пластилина. которые надежно фиксируют положение оборудования.

г) Использовать обратную сторону данной площади.

Известно, что северная стена теплицы «не работает», так как оттуда

не поступает освещение и тепло, поэтому ее иногда делают из непрозрачного материала или пристраивают другое здание. Однако если эту северную сторону покрыть светоотражающим материалом или краской, она начнет отражать свет и увеличит освещенность в теплице.

Пол верхнего отсека двухъярусного комбинированного искусственного гнездовья для ос и шмелей (рис. 16) является потолком для нижнего отсека.

д) Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь.

Для увеличения освещенности внутри помещения можно сделать «световые ловушки» — разместить в соответствующих местах зеркала, которые будут многократно отражать попавший через окно свет и увеличивать, таким образом, освещенность помещения. В нашем случае, для лучшей освещенности внутри наблюдательных ульев и коридоров их следует делать из материалов светлых цветов.

Применение зеркала для наблюдения за событиями, происходящими под сотом в наблюдательных ульях — еще один пример действия этого принципа (рис.39).

  1. Использование механических колебаний.

При раскапывании длинных и разветвленных заброшенных гнезд грызунов, где часто селятся шмели, зачастую можно оказаться у развилки ходов. Чтобы продолжить раскопки в нужном направлении надо определить, какой из ходов ведет к гнездовой камере шмелей. Для этого надо вставить гибкий ивовый прут поочередно в каждый из ходов и по легкой вибрации пруга (которая передается от жужжащих насекомых), ощущаемой пальцами, определить верное направление.

Что же касается транспортировки гнезд и их содержания в лаборатории, то в этом случае задача стоит противоположная — борьба с вибрацией и ударами. Любое сотрясение гнезда вызывает бурное возбуждение шмелей. 11оэтому массивные столы, покрытые толстым, поглощающим удары и вибрацию материалом, непременное условие успешной работы со шмелями.

  1. Принцип периодичности действия.

Строго говоря весь феномен жизни организован на принципе периодичности — циклах, которые могут длиться от долей секунды до сезонных, годовых и многолетних. Периодичность позволяет дозировать фактор, подавая его. скажем, в нужное время в нужном месте и количестве. Зачастую, если мы искусственно изменим периодичность, то получим дополнительный эффект. Например, сократив суточный цикл с 24 часов до 20 или 1 5 на птицефабрике, добиваются того, что куры несутся не 1 раз в 24 часа, а чаще (в соответствии с новым укороченным ритмом). В паузах между периодическим действием удобно выполнять другие процессы. В самом деле, даже короткие паузы в работе следует употребить на ремонт, профилактику, наладку оборудования, с помощью которого производится работа. Работа некоторых устройств, например, лопушки для шмелей и эксгаустера (рис.30, 31) осуществляется в периодическом режиме.

Шмели, являясь «сезонными» животными, представляют собой яркий пример периодичности. Это весьма экономично для нужд организации опыления. Медоносная пчела проигрывает в этом отношении шмелям являясь «круглогодичным» животным

  1. Принцип непрерывности полезного действия.

а)              Полная нагрузка объекта все время. Следует планировать процессы так, чтобы избежать простоев. Особенно это характерно для аграрных систем в условиях нашей страны. Одна из первых и основных посылок — это сконструировать такую экосистему, чтобы ее урожай был не одномоментным «выбросом», а равномерно распределялся, если не по всему сезону, то был бы максимально растянуг во времени. Это уменьшает потери продукции, простои оборудования Создать такой «конвейер» беспрерывного («перманентного») урожая в климатических зонах без ярко выраженной сезонности — задача выполнимая. В нашей стране, где полгода (а в некоторых местах и больше) лежит снег, создать подобные системы в чистом виде — едва ли возможно. Однако максимально продлить экологически продуктивный сезон с помощью растениеводства в закрытом грунте, вполне осуществимо

Выращивание овощей круїльїй год в тепличных хозяйствах требует и соответствующего обеспечения опылителями Для этого надо сроки выхода самок шмелей из искусственной зимовки соотнести со сроками цветения выращиваемых сельскохозяйственных культур. На практике это означает, что каждые 2-3 недели обычно закладывают новую порцию гнезд.

б)              Устранение холостых и промежуточных ходов. Принцип само очевиден, однако не всегда легко осуществить его на практике. В нашем случае оказывается удобным не снимать на зиму приманочные гнездовья с деревьев и столбов, а оставлять их круї лый год под открытым небом. Оказалось, что зимние морозы — один из лучших способов дезинфекции искусственных гнездовий. Весьма полезным оказывается совместить транспортировку шмелей в отдельных индивидуальных контейнерах е охлаждением. Это не только исключи т перегрев животных, который может оказаться смертельным, но и снизит возбуждение, которое неизбежно в ситуации транспортировки и дальнейшего переселения гнезда в лабораторный или полевой улей.

  1. Принцип «обратить вред в пользу» — один из фундаментальных принципов конструирования искусственных экосистем. Кроме того — это следствие одной из главных идей биопозитивпых технологий, что «все — есть ресурс».

а) Использовать вредные факторы (в том числе вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта.

Конкуренция шмелей и ос за гнездовые полости имеет и свои положительные стороны. Повышенная летная активность вокруг гнездовий привлекает внимание других шмелей и ос и увеличивает заселяемость ульев. Этот эффект социальной стимуляции использован для создания двухъярусного улья для шмелей и ос (рис. 16).

Кроме того, люди обращают, так сказать «вредное» свойство шмелей (их яд) в пользу — в фармацевтическое сырье, как и яды других животных и растений.

б) Устранить вредный фактор путем сложения с другим вредным фактором. Указанный принцип требует высокой квалификации, опыта и тонкого управления, чтобы не получить обратного эффекта. Так, например, изящно выглядят системы борьбы с вредителями сельского хозяйства, когда несколько видов насекомых, конкурируя друг с другом, взаимно ослабляют друт друга настолько, что их совокупная численность уже не наносит вреда В хорошо сбалансированных устоявшихся экосистемах все элементы «уравновешивают» друг друга.

Другой пример из нашей практики: «вредный фактор» «мороз» в сочетании с «вредным фактором» «паразиты» дает положительный эффект дезинфекции (см. пункт 20-6).

в) Усилить вредный фактор настолько чтобы он перестал быть вредным.

Проектировщики искусственных экосистем знают, что бороться с каким-либо проявлением природы — как правило, малоэффек тивное занятие. Напротив, если отыскать во вредном объекте, процессе или явлении новую полезность, то можно будет наоборот, усиливать это бывшее «зло» Например, в античности рожь считалась сорняком. Испанские конкистадоры в рудниках Южной Америки, открыв новый металл платину, считали его «низкосортным» серебром и даже жульнически подмешивали его в слитки серебра.

Поскольку' «все есть ресурс», то и условно вредное явление, направленное во благо, может быть заранее усилено (сконцентрировано, накоплено и г.д.). Скажем, многие вещества-загрязнители, будучи уловлены очистными сооружениями и сконцентрированы, пред ставляют собой ценное сырье (самая мелкая цементная пыль при производстве цемента которая подчас улетучивается при небрежной организации процесса и есть самый высококачественный сорт цемента).

Бороться с нарушением заповедности в малых резерватах — практически безнадежное занятие. Любые запреты .тишь подогревают настойчивость нарушителей. Поэтому в ряде зару'бежных стран пошли по пути... увеличения числа посетителей. Однако оказалось, что большая их часть вовсе и не хочет продираться сквозь заросли или болота. Достаточно бываетлишь символически удовлетворить любознательность людей па небольшом маршрут е, где будет все, что захочется им увидеть. Пояснительные аншлаги, благоустроенное кострище. навес от непогоды, детские площадки, сувенирные и пивные ларьки в начален конце маршрута оставляют у гостей чувство глубокого удовлетворения, а небольшая экспозиция в сочетании с классной комнатой позволят утолить уже серьезный интерес силами научных сотрудников резервата с помощью лекций, проведения семинаров, выставок и т.д.

  1. Принцип обратной связи или саморегулирования.

Любая естественная экосистема имеет механизмы саморегулирования, а искусственная (создаваемая) должна их иметь, иначе последствия могут быть самые непредсказуемые.

а) Ввести обратную связь. РегуТяция микроклимата в помещениях для людей, растений, животных и хранения каких-либо предметов может автоматически регулироваться за счет отрицательной (стабилизирующей) обратной связи с помощью соответствующих устройств, тогда условия температуры, влажности и т.д. будут сохраняться в нужном (оптимальном) диапазоне.

В природных экосистемах регуляция численности всех организмов происходит постоянно в подсистемах «хищник-жертва», «хозяин-паразит», «растение-фитофаг» и т.д. Колебания численности каждого элемента в этих парах происходит с некоторым отставанием численности консумента (потребителя). Оба элемента регулируют численность друг друга.

Положительная обратная связь уже рассматривалась нами па примере взаимной стимуляции шмелей и ос в ходе заселения ими двухъярусного приманочного гнездовья (пункт -17-6).

б) Если есть обратная связь, необходимо изменить ее.

  1. Принцип посредника.

Само использование шмелей как опылителей и есть принцип посредника, то есть пыльца переносится не сама, а шмелями с цветка на цветок.

Профилактика различных заболеваний шмелей в условиях высокой плотности содержания (например, в лаборатории) может быть проведена добавлением медикаментов в сахарный сироп, которым подкармливают шмелей. Здесь сироп выступает как посредник.

<< | >>
Источник: Богатырев Н.Р.. Прикладная экология шмелей. — Новосибирск: Изд-во Городского центра развития образования,2001. — 160 с.. 2001

Еще по теме Глава 3. Инженерный подход при конструировании исследовательского оборудования. Принципы ТРИЗ:

  1. Вспомогательное исследовательское оборудование и оборудование общего назначения: извлечение гнезд шмелей и ос из естественных мест обитания
  2. Глава 4. Инженерный подход в природопользовании. Надорганизменная бионика
  3. Глава 2. Лабораторное оборудование для изучения шмелей: особенности содержания шмелей для исследовательских целей
  4. Вспомогательное исследовательское оборудование
  5. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЛЕЧЕНИЯ ЖИВОТНЫХ ПРИ ОТРАВЛЕНИЯХ
  6. Глава 1. Полевое оборудование для изучения шмелей
  7. ГЛАВА 1 Принципы пермакультуры
  8. Глава I ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ эволюционных ПРИНЦИПОВ
  9. Вместо заключения. Культурная составляющая в организации инженерных экологических мероприятий
  10. Глава II ПОВЕДЕНИЕ ЖИВОТНЫХ ПРИ ВНУТРИВИДОВЫХ ВЗАИМООТНОШЕНИЯХ
  11. ГЛАВА ВТОРАЯ Движение сердца, наблюдаемое при вивисекции
  12. Глава III ПОВЕДЕНИЕ ЖИВОТНЫХ ПРИ МЕЖВИДОВЫХ ВЗАИМООТНОШЕНИЯХ
  13. Глава 7. ЭФФЕКТИВНОСТЬ УДОБРЕНИЙ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
  14. ГЛАВА ТРЕТЬЯ Наблюдения над движениями артерий при вивисекциях
  15. Глава IV СУКЦЕССИЯ ВИДОВ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ РАСПАДЕ ЕЛОВОГТ ДРЕВЕСИНЫ
  16. ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ Движения сердца и предсердий, наблюдаемые при вивисекциях
  17. 8.5. ЗООГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ