Чудеса техники

Есть важный принцип KISS (Keep it simple, stupid), которым надо пользоваться при ответах на вопросы «как?» и «зачем?». Чем меньше преобразований энергии, меньше движущихся частей (желательно вообще ни одной) — тем лучше. Что за жизнь, когда в доме надо регулярно заменять аккумуляторы (они недолговечны, бедняги), прочищать теплообменники, стирать пыль и счищать снег с солнечных батарей, а также смазывать их приводы и подшипники ветряка? Есть одно красивое решение, которое благодаря IT может и сработать.

Более 50% всей энергии, вырабатываемой человечеством, уходит на отопление, ещё более 10% — на освещение. Солнечные лучи — это уже свет и тепло, и лучшее, что мы можем сделать — использовать их напрямую, не преобразуя в электричество и потом назад. Как это сделать? Ответ вроде прост: поставить окно. Но через окно драгоценное тепло будет выходить наружу, с этим надо побороться. Вся планировка дома должна быть подчинена цели: забрать как можно больше солнечного света и ничего не выпустить наружу, поэтому дом должен располагаться строго по сторонам света, все окна сосредоточены на юге и желательно чуть-чуть с наклоном. Зимой солнце встаёт на юго-востоке, а заходит на юго-западе, а значит, будет светить в наши окна прямой наводкой, около киловатта на каждый квадратный метр стекла. На севере же надо сделать глухую, толстую стену (зима близко), ведь от окон на севере проку нет. Дальше нужно применить многокамерные стеклопакеты (прослойки неподвижного воздуха — замечательный теплоизолятор!) и низкоэмиссионные стёкла, которые пропускают видимый свет, но отражают тепловой ИК. Теоретически вполне возможно, наращивая толщину утеплителя и качество окон, сделать домик, не требующий вообще никакого отопления, греющийся только солнечными лучами. При мягком климате домик такой конструкции экономически оправдан (если не брать в расчёт проектирование), в суровом климате не помешает и печка — погреться в самые холодные дни.

Чтобы не зажариться летом в таком доме, есть другое средство, удивительное по своей простоте: козырёк над окнами! Зимой солнце низко, и лучи будут идти в окно беспрепятственно, а вот летом их задержит козырёк, а хорошая теплоизоляция дома сохранит прохладу, накопленную за ночь.

Получаем дом, в котором нет ни сервоприводов, ни контроллеров, ни батарей, ни котлов, ни кондиционеров, но зимой в нём тепло, а летом прохладно. Как тут не вспомнить Артура Кларка: «Любая достаточно развитая технология неотличима от магии».

Если всё так хорошо, то почему же такие дома не строят? Ну, отдельные прототипы уже есть, но вот массовое строительство запустить чрезвычайно сложно, ведь тут нет такой вещи, как типовой проект. Дом в Питере не будет похож на дом в Москве, а дом на холме — на дом в овраге. Под каждую географическую широту, розу ветров, заграждающие элементы ландшафта нужно спроектировать свой дом, иначе ничего не получится. Пусть сам домик предельно прост (самое то для амишей), но если каждый конкретный домик будет проектировать коллектив из физиков, инженеров, строителей и дизайнеров, он окажется «золотым». Вот тут-то и надо взяться нам, айтишникам! САПР уже неплохо продвинулись, но нужно пойти ещё дальше — автоматизировать, насколько возможно, весь процесс разработки, от замеров на местности и математических расчётов до проектной документации.

Почти уверен: домики, рассчитанные математически, являющиеся решением вариационной задачи, должны получиться очень красивыми и уж точно разнообразными.

Это было в середине-конце двухтысячных. В одном из сетевых сообществ я поднял вопрос о том, почему мобильники и плееры снабжают приёмниками всего одного диапазона — УКВ. Ведь ещё есть ДВ, СВ и КВ.

На меня посыпались тонны критики:

— Да ты чё, приёмник этих диапазонов в непосредственной близости от источника помех!

— Всё равно эти диапазоны один ты слушаешь, другим неинтересно.

Страшное это слово — «зачем». Идеи и изобретения, которые оно погубило в зародыше, не поддаются подсчёту. Лучше вы, дорогие генераторы идей, не поддавайтесь на это страшное слово. Вот нашлись недавно люди, которые не поддались — и сделали Earl, фаблет со встроенным всеволновым приёмником. Вместо «зачема» задумались над «каком» — и от помех, создаваемых расположенными рядом узлами, успешно приёмник экранировали. И целевую аудиторию, вопреки прогнозам скептиков, живо отыскали.

Изобретатель, остерегайся закваски зачемной. Не задумывайся над «зачемом»: на него без тебя ответят если не современники, то потомки. А ты о «каке» думай, о «каке», а ещё о «чте». И всё у тебя получится.

Здесь спето немало од, а «я спою тебе, спою ещё одну». В роли адресата выступит резистивный сенсор.

Непрерывно удешевляя матричные ЖКИ, разработчики добились, чтобы это была не роскошь, а средство отображения. Но с ними не работают световые перья, а датчики из излучателей и фотоприёмников слишком громоздки. Подумали изобретатели, подумали — и придумали очень простой прибор (механический и аналоговый, заметьте). Им и стал виновник торжества.

Резистивный сенсор очень долго был синонимом сенсора для ЖКИ вообще. Других почти не было. Их до определённого времени ставили не только в карманную технику, но и в стационарную — платёжные автоматы, использование которых часто становилось пыткой, после которой страшно болели пальцы. Таких автоматов-то и не осталось: в новые теперь сразу ставят поверхностно-акустические сенсоры, старые тоже на них давно проапгрейжены. Карманная техника с резистивными сенсорами тоже не щадила пальцы пользователей, но была менее жестокой к ним. Главный же принцип оставался одним: не слегка прикасаться, а жать.

Принципиальная невозможность мультитача — это как попробовать сыграть многоголосную мелодию на одноголосном ЭМИ. Необходимость калибровки последовательным нажатием пяти точек на экране — четырёх угловых и центральной — помните? Возможность использования диэлектрического стилуса, думаю, тоже не забыли.

Потом разработчики карманной техники от резистивных сенсоров почти отказались. Но здесь, в отличие от платёжных автоматов, применение нашли датчики не поверхностно-акустические, а ёмкостные. Пионером тут был Джобс… Нет, он был вожатым, а пионерами в его отряде стали остальные производители. Ну, а стилус — его пришлось изобретать заново, а быть диэлектрическим он больше не может по определению.

Как и всё, чему здесь пели оды перед этим, резистивный сенсор полностью из употребления не вышел. Многие в курсе, что сегодня цветные ЖКИ ввиду большей массовости дешевле матричных чёрно-белых. А вот с сенсорами этого не произошло: резистивный по-прежнему обходится дешевле ёмкостного. Связано это со сложностью обработки данных: чтобы вычислить координаты точки прикосновения к ёмкостному сенсору, требуется намного больше вычислений. Поэтому технику с резистивными сенсорами продолжают производить. Это псевдосмартфоны на китайской платформе MRE, некоторые читалки, плееры вроде Qumo Sens. Старый друг, знакомый нам ещё со времён Newton, уже не полон энергии, как когда-то, но и помирать тоже не собирается.

Меж тем подсветку ЖКИ всё чаще делают раздельной: экран делят на области и управляют освещением каждой из них независимо. До возрождения светового пера в его классическом виде остаётся один шаг. Сделают ли его разработчики?

Мы, системные администраторы — народ универсальный. Не работает программа — переустановим. Не включается системник — блок питания поменяем или провода переподключим. Не отзывается на манипуляции мышка — решим проблему простой перезагрузкой. Тонер в принтере закончился — заправим картридж. Да что там говорить, если даже глюки копира лечатся хорошим пинком по корпусу! А если сисадмин — девушка, ситуация получается вдвойне весёлая.

Это я всё к чему? Сломали мои юзвери крышку в принтере, что служит стопором для уже напечатавшихся документов. Отвалилась ножка, которая удерживает крышку в пазах. Дальше прямо-таки театр: под охи и ахи зрителей (юзверей и клиентов) девушка-сисадмин берёт шило и начинает прокручивать дырку в подставке, затем откусывает зубами кусок старого стержня от автоматической шариковой ручки и этим куском сквозь свежую дырку надёжно фиксирует крышку, забив её ручкой шила в паз, и удаляется оттирать руки от чернил под обалдевшими взглядами зрителей.

Чего только с нами не случается…

Меж тем «зачем» снова перемещается в плоскость «как». В «Юном технике» когда-то была описана «линза для ветра», заставляющая небольшой ветряк работать почти в штиль. Устройство её просто: обычный рупор, узкая часть которого обращена к ветряку.

Для лунного же света можно использовать обычную линзу. При достаточно большом диаметре она обеспечит лунным светом достаточной интенсивности если не телефон, то MP3-плеер точно. Сама же фотобатарея может быть обычных размеров. Дело за малым: придумать, как автоматически отводить линзу с рассветом, тем самым превращая лунную батарею обратно в солнечную, иначе она расплавится. Но это снова вопрос к инженерам: как?

Обычные инженеры снова превратят «как» в «зачем». Скажут, что большая линза дорога, а автоматика для её отведения ещё дороже. А амишские — возьмут да решат. Линза изо льда известна давно, она может быть дешёвой и большой одновременно. Амиши уже пытались поселиться и на Аляске — пока безрезультатно, но у них всё впереди.

А пока лунной батареи нету, можно попробовать ещё один способ бесперебойного снабжения гаджетов энергией. Он тоже не нов, а состоит в совместном применении солнечной батареи и ветряка. Погодные условия 90% времени таковы, что хотя бы что-то одно из этого будет работать.

Ответить как? Без проблем. Но предупреждаю: в итоге мы снова вернёмся к вопросу «зачем?».

Для начала вспомните закон Ома и что такое мощность. Вспомнили? Отлично, поехали.

Итак, есть у нас источник напряжения 2 В, а надо получить, скажем, 5 В, чтобы зарядить аккумулятор телефона. Нужен «насос»? Да не вопрос! Давно существуют повышающие DC/DC-преобразователи, с помощью которых из двух вольт можно получить хоть десять, хоть пятьдесят, да хоть все сто при условии, что отдаваемая мощность получится чуть меньше потребляемой в зависимости от КПД самого преобразователя (80% и более). Вопрос в другом: хватит ли тока, отдаваемого вашей солнечной батареей ночью, чтобы этот преобразователь для начала запустился (вспоминаем про КПД), а затем выдал хоть какой-нибудь разумный ток при выходном напряжении 5 В?

Посмотрите на зарядное устройство современного телефона. Напряжение 5 В. Выходной ток меньше, чем 800 мА, вы вряд ли найдёте. Выходит, что устройство выдаёт 4 Вт, а потребляет, допустим, 5 Вт (КПД — 80%). Телефон заряжается за час. На то, чтобы зарядить телефон, мы будем потреблять 0,005 кВт целый час. Теперь посчитаем, сколько стоит зарядить телефон. У меня даже до двух копеек не дотянуло.

Теперь попробуйте ночью подключить к вашей батарее лампочку, например, 2,5 В / 0,15 А, и измерить на ней напряжение. Никаких 2 В там не будет и в помине. Виной всему слишком малый ток, выдаваемый батареей. Вольтметр даёт ничтожную нагрузку на батарею при измерении, поэтому она работала почти вхолостую и выдавала те самые 2 В. А когда мы подключим нагрузку, бо́льшая часть тока рассеется во внутреннем сопротивлении батареи, а нам достанутся такие крохи, которые уж точно никак не изменят энергетику. Поэтому, чтобы ночью от солнечной батареи зажечь хотя бы немощную лампочку, придётся поставить столько секций, что это выйдет в солидную сумму, не говоря уже о занимаемой ими площади. Выходит, для того, чтобы зарядить телефон, потребуется батарея, на пару порядков превышающая стоимость самого телефона.

Теперь представьте стоимость энергии, получаемой от такой батареи, сравните с посчитанной ранее стоимостью «от розетки» и задайте себе вопрос: зачем?

В ламповую эпоху могли сделать OSD при помощи обратной проекции, но не сделали? А кто сказал, что не сделали?

Оптическая шкала — метод индикации, некогда весьма любимый инженерами, не желавшим связываться с новой для них областью — цифровой техникой. Это, кстати, к вопросу о «внедряй, но проверяй» — в конце концов, когда связанные с цифровой техникой проблемы в виде громоздкости и дороговизны были решены, она всё-таки победила. Но до этого оптическая шкала вполне себе здравствовала.

В оптической шкале слайд можно перемещать в двух направлениях. В одном — рывками, это будет переключение диапазона. В другом — плавно, это выбор отображаемой величины в пределах диапазона. То, что на пересечении, попадает в миниатюрный проектор и отображается. Что такое Р-250, знают многие читатели, которым за сорок и выше. Там тоже такая шкала. А вот менее известный австрийский артефакт — весы Bizerba OP10. Здесь разные шкалы соответствуют множителям.

Но это ещё не совсем OSD, а вот в приёмнике Montgomery Ward Airline 62-437 “Movie Dial”… Бытовом, заметьте. Слайд здесь — цилиндр. При переключении диапазонов он перемещается по вертикали. При вращении ручки настройки вращается вокруг своей оси. В отличие от других приборов с оптической шкалой, здесь на экранчик выводятся не только сухие цифры, но и то, что сегодня назвали бы всплывающими подсказками. Переключил диапазон — увидел короткий рассказик о том, для чего он предназначен. Покрутил ручку — прочитал рассказики о назначении отдельных участков диапазона.

А говорите — не сделали. Это разработчики телевизоров к себе «чудиков», предлагающих миниатюрные проекторы, не подпускали. А на радарах, приёмниках и весах эти «чудики» когда-то отыгрались по полной.

Мой первый компьютер появился ещё в довольно смутные времена начала девяностых. В нашу школу по гуманитарной помощи поставили японский компьютерный класс, а старый, хоть он и прекрасно работал, списали и уничтожили. Вернее, должны были уничтожить с помощью бульдозера, но пока бульдозера ждали, меня позвала учительница физики и сказала: «Глянь там, может, какие детальки полезные наберёшь». К тому моменту компьютеры уже раскрутили, корпуса отдельно сгребли и сожгли, а мониторы побили молотком. Я унёс три более-менее цело выглядящие процессорные платы, пару клавиатур и контроллер дисковода от учительской машины. Платы, как потом выяснилось, завелись все, а клавиатура была жива только одна.

Иметь дома на виду у всех (тогда было принято ходить в гости) настоящий компьютер (тем более почти что краденый) было опасно. Но у него не было корпуса, а в качестве монитора выступал старый чёрно-белый телевизор. Плата с проводами, валявшаяся на столе… Только клавиатура выдавала её назначение, но в таком виде компьютер легко выдавался за самоделку. Тем более что он обрастал проводами и маленькими макетницами — программатор, всякие другие устройства. Повис на проводах и дисковод.

Потом на весь этот хлам смотреть надоело, и плата с блоком питания перекочевала в один из ящиков стола. Там же разместились два пятидюймовых дисковода — ящик достаточно было приоткрыть. Клавиатура обосновалась под выпиленным и легкосъёмным фрагментом столешницы, а сверху на столе были несколько разъёмов для периферии, включая, разумеется, шину МПИ. К тому моменту появился и нормальный монитор, который, дабы не нарушать маскировку, тоже был установлен внутри стола — пришлось выпилить в столе ещё одно отверстие.

До сих пор вспоминаю удобство этой замаскированной системы: в нерабочем положении клавиатура и монитор закрыты крышками и стол свободен, а в рабочем и то, и другое рядом — не нужно вертеть головой, например, когда перепечатываешь текст с книги.

Люди давным-давно научились использовать природную воду в своих целях, но очень долгое время делали это примитивно: для отвода воды из рек на поля использовались канавы, по которым вода текла самотёком, под действием гравитации, под уклон.

Были, конечно, изобретены вёдра: их можно было опустить на уровень свободной воды, дать ей набраться в ёмкость, а потом поднять ведро с водой туда, куда вода сама бы никогда не потекла.

Разнообразные водяные колёса с черпаками позволяли процесс слегка автоматизировать, поднимая воду порциями на некоторую высоту, но общий принцип оставался тем же: вода заливалась сама в опущенную ниже её уровня ёмкость, а потом ёмкость поднималась вверх, откуда её либо разносили в портативных ёмкостях, либо отправляли самотёком по желобам и трубам.

И только сравнительно недавно появились системы, в которых вода либо засасывалась в трубы с помощью атмосферного давления, либо закачивалась на высоту поршнями или турбинами. Это позволило более эффективно использовать воду там, где она нужна, поднимая её с большой глубины или на большую высоту. А уж о мембранных баках, позволяющих организовать в любом деревенском доме современное напорное водоснабжение, до сих пор большинство не имеет никакого представления.

Примерно то же самое сейчас происходит с электричеством. Люди научились его добывать в больших объёмах, делать отводы и набирать в ёмкости-аккумуляторы, подключая их «ниже потенциала», так, чтобы электрический ток заряжал аккумулятор. К примеру, чтобы зарядить 12-вольтовый аккумулятор, его надо подключить к источнику не ниже 12 вольт, иначе вместо заряда получим разряд — чем не сообщающиеся сосуды?

Но вот появились, к примеру, солнечные батареи. Поэкспериментировал тут с одной: при солнечном освещении она даёт вполне ожидаемое относительно высокое напряжение, позволяющее заряжать аккумулятор, собирая в него энергию. Но вот наступает ночь, заходит солнце, на улице темнеет, появляются звёзды…

Думаете, солнечная батарея перестала работать? Конечно, она теперь уже не вырабатывает того напряжения, которое позволяло бы зарядить аккумулятор, как днём, но 1–2 вольта она даёт даже в свете звёзд и Луны. Она-то даёт, но мы не можем их использовать: «слишком мелко и мало воды». А вот был бы «насос», который позволял бы собирать эти крохи, собирать их постоянно, круглосуточно, отовсюду, собирать и аккумулировать для использования — ИМХО, энергетика стала бы совсем другой…

Тут недавно пробегала тема, что инженер должен ответить на два вопроса: «как?» и «зачем?». Зачем — я написал. Может быть, теперь кто-нибудь сумеет ответить, как?