Размещено на сайте 13.03.2008.

ПРЕДИСЛОВИЕ  КАФЕДРЫ ПРОГНОЗОВ

Представлять сегодняшнего автора   не  сложно. Эдуард  Львович  Каган  хорошо  известен  ТРИЗ  сообществу  не  одно  десятилетие  и  не  один  раз  публиковался  на  страницах «Методолога» (1,2). 

Читая  текст, который  мы  представляем  сегодня,  я  ощутил  послание  из того  времени, когда  ТРИЗ  только  начинался. Чем-то  это  состояние  было  похоже  на восприятие  истории  квантовой  механики, когда  молодые   теоретики  собирались на  семинары  и спорили  до хрипоты, исписывая  уравнениями  доску  или  бумаги на  столе.

Автор постоянно  обращается  к  модели технического противоречия, что  особенно  интересно  сегодня,  когда  в  большинстве  рабочих  инструментов   на  первый  план  выходят  модели совсем  другого  характера.

Осмысление  истории  развития  технических средств   для  запоминания  информации с  позиций  прикладной  диалектики  мне  очень  близко, поэтому  с  удовольствием  рекомендую  это  исследование.

Приятного  чтения,

Ведущий  рубрики Кафедра  Прогнозов, Юрий Даниловский. 

Скорость продвижения технического прогресса в области электроники уже стала банальностью. На наших глазах родились и умирают видеомагнитофоны с пленочными носителями информации. Вездесущим носителем стал компакт-диск. Претерпела колоссальные изменения фотография, Пленка со средствами ее обработки уходят в небытие. Цифровой аппарат, в котором нет пленки, но функция ее выполняется электронным хранителем снимков, который сразу после съемки позволяет выдать на дисплей изображение,  по истине – идеальное решение, более того, такие аппараты снабжены функциями, о которых пленочные и «не мечтали». Не трудно заметить, что решающей составляющей в этом прогрессе является бесконечное совершенствование носителей информации, рождение которых состоялось в не таком уж далеком прошлом

… Шел 1869 год. В этот период в США был самый разгар биржевых войн, цены колебались с такой бешеной скоростью, что биржевые телеграфные аппараты один за другим выходили из строя. Потребность в надежных телеграфных аппаратах была запредельной. За решение этих проблем взялся молодой и весьма амбициозный  телеграфист-виртуоз Томас Эдисон. В его активе уже было изобретение телеграфного аппарата для деловых контор, но тогда уже существовали более совершенные модели. Разнообразие интересов Эдисона, его сосредоточенность и упорство не имели себе равных. Он понял, что верное богатство – не в золоте, а в том, чтобы во время поставлять сведения о колебаниях цен с помощью биржевых телеграфных аппаратов,  он взялся за ту же проблему, которая занимала и могучего конкурента Белла – мультиплексный телеграф. Изобретенный Эдисоном многоканальный телеграф позволил только его главному заказчику «Вестерн Юнион» значительно увеличить капитал. Так Эдисон  вступил на путь изобретательства. К тому времени у него уже было около 50 сотрудников.

Когда Эдисон завершил работу над усовершенствованием телеграфных аппаратов (1875 г), сделавшей его всемирно известным изобретателем, как-то, сидя за письменным столом, он набросал чертеж совершенно нового аппарата. Своим механикам он платил сдельно, поэтому с минуту прикидывая, сколько на это уйдет времени, сбоку на чертеже написал: «18 долларов», и  передал чертеж механику Джону Круези.  Механизм  был совсем прост, и, уже почти кончая сборку, механик Круези мимоходом спросил у Эдисона, что это будет такое.

- Говорящая машина, - ответил Эдисон. И Круези расхохотался над шуткой шефа. А когда аппарат был готов, Эдисон громко крикнул в рожок: «У Мэри был барашек». Затем он что-то переключил и машина скрежещущим голосом выкрикнула те же слова! Видавший виды Круези, опешил и в отличие от машины потерял дар речи. Так весьма обыденно родилось выдающееся изобретение, всего за 18 долларов!  Так описал это историческое событие замечательный американский писатель Митчелл Уилсон.

Тот факт, что электрический свет, телеграф, телефон и динамомашина Эдисона были вариантами уже существовавших изобретений, никак не умаляют роли изобретателя. Однако случается, что человек находит новую дорогу, на которую еще никто не ступал. Идея фонографа, машины, записывающей, неограниченное время сохраняющей и воспроизводящей человеческую речь и музыку была совершенно новой. Патентное бюро, следуя обычной процедуре, пыталось разыскать прецедент, но не нашло ничего, даже отдаленно напоминающего изобретение Эдисона, не смотря на то, что оно было создано из отдельных узлов, не являющихся новинками. Тем не менее, возникновению идеи фонографа способствовали многочисленные эксперименты Эдисона в период работы над телеграфными аппаратами. Есть версия, что мысль о говорящей машине могла возникнуть, когда он разрабатывал метод записи телеграмм на поверхности плоского вращающегося диска иглой, которая по спирали наносила точки и тире.  Были и другие находки по узлам и деталям телеграфных аппаратов. Но эти аппараты предназначались для обработки электрических сигналов. Поэтому никакой логикой не объяснить выход на идею фонографа – аппарата чисто

механического. На чертеже, по которому механик Круези воплощал идею, был изображен вращающийся цилиндр, приводимый в движение ручкой. Он был обернут листом олова. При вращении цилиндр продвигался вдоль двух неподвижных рожков (микрофона и звукоизлучателя). Каждый из рожков был снабжен крохотной иглой, закрепленной на гибкой диафрагме. Игла микрофона соприкасалась с оловянной оболочкой цилиндра и создавала канавку переменной глубины. Когда кто-нибудь говорил в микрофон и одновременно вращал цилиндр вибрации диафрагмы воздействовали на иглу, , оставляя шероховатый след на оловянной оболочке. Для воспроизведения записи микрофон снимали, цилиндр возвращали в первоначальное положение и устанавливалась более чувствительная диафрагма с более легкой иглой, и при вращении цилиндра воспроизводились записанные звуки. И это было ЧУДО, созданное гениальным творением Эдисона, особенно, если учесть, что происходило это в середине Х1Х века. Эдисон, таким образом, является родоначальником создания принципиально нового носителя информации. Мало кто верил, что небольшой цилиндрик с канавками, по которому скользит игла, может воспроизводить человеческий голос.  Более того, во время демонстрации во французской академии наук возмущенный академик Буйо воскликнул: «Мы не позволим нас надувать какому-то чревовещателю!». А в России хозяин «говорящей» машины был присужден к большому штрафу и 3-м месяцам тюрьмы.

Тем не менее, успех фонографа был огромным.  На всемирной выставке  в Париже в 1889 году перед павильоном с фонографом выстраивались длинные очереди.  Ежедневно все 100 экспонировавшихся фонографов прослушивало 30 тысяч посетителей выставки. Сам Эдисон был настолько поражен собственным изобретением, что высказался так: «Никогда я еще не был так ошеломлен в моей жизни. Я всегда боялся вещей, которые работают с первого раза!». Аппарат к тому времени уже претерпел ряд усовершенствований. В частности, одни и те же диафрагма и игла использовались и для записи и для воспроизведения, а аппарат был снабжен большим рупором для усиления звука.

С позиций сегодняшнего дня все вышеописанное тоже поражает, но совсем по другому. Все происходило в полном соответствии с первым этапом  S-образной кривой развития Технической Системы (ТС), новорожденная ТС еле-еле соответствовала Закону полноты и имела много и существенных недостатков, что вполне естественно для первого этапа. А огромный успех на публике можно объяснить только тем, что это было пионерское изобретение.

К недостаткам следует отнести :

- нестабильность скорости вращения валика приводила к искажению звука;

- запись (звуковая дорожка) на оловянной фольге быстро портилась при повторах, что тоже приводило к снижению качества звучания;

- игла, скользящая по оловянной фольге тоже портилась (затуплялась), что также снижало качество звука;

- наконец, для усиления звука применялся огромный, громоздкий  рупор.

Не удивительно, поэтому, усовершенствование фонографа (развитие ТС) началось сразу и к этому приложили руки многие. Также как когда-то Эдисон усовершенствовал телефон Белла, Белл и его помощники развили идею Эдисона. Они создали графофон, в котором восковый цилиндр заменил оловянный. Игла теперь оставляла дорожку, в то время как в аппарате Эдисона она наносила вдавленные отметины. Качество сразу повысилось.

Третий вид «говорящей» машины – граммофон – был изобретен Эмилем Берлинером. Вместо валика он использовал плоский диск, сделанный из застывшей пластмассы.

В дальнейшем была предложена более портативная версия граммофона и освоен промышленный выпуск фирмой Пате. Естественно, что модель называлась – ПАТЕфон, которая успешно дожила до начала  второй половины ХХ века. В период первой половины ХХ века патефон прочно вошел в быт народов, у которых появилась возможность не выходя из дома слушать замечательные музыкальные произведения. Но сам аппарат, его принцип действия оставались без существенных изменений со всеми присущими недостатками.

В ту пору никто не пытался анализировать ситуацию с позиций имеющего место противоречия, присущего Технической Системе (ТС) – патефон. Представляет интерес ретроактивно сформулировать это ТП и описать пути развития системы. Но сначала проанализируем проблемную ситуацию.  

  Проблемы возникают, главным образом, в процессе многократного проигрывания пластинки. В сути принципа действия (ПД) это выглядит так: «Звуковая дорожка» пластинки – канавка переменного рельефа представляет собой чередующиеся бугорки и впадины. При движении в скользящем контакте с острием иглы канавка вызывает колебания иглы. С другого конца игла поджата гибкой мембраной, которая преобразует колебания иглы в звуковые. Все отлично в отношении ПД, но при этом возникает Нежелательный эффект (НЭ): скользящая по движущейся канавке переменного рельефа игла натыкается на бугорки и падает во впадины. В результате каждый раз «срезается» какая-то часть бугорка и «углубляется» впадина, т.е. происходит износ носителя информации и, как следствие – ухудшение качества звука. Достается и самой игле, у которой затупляется острие – тоже износ.  Теперь можно сформулировать ТП.

ТП1: Канавка переменного рельефа при скольжении под острием иглы колеблет иглу за счет ее прижима гибкой мембраной, но при этом игла изнашивает канавку и ухудшает качество звука.

ТП2: Ослабление износа канавки за счет за счет ослабления давления мембраны на Иглу может привести к срыву колебаний иглы.

А теперь посмотрим как дальше пошло развитие этой ТС (естественно, без учета ТП). Совершенствовать можно все 3 ключевые функциональные элементы: ПЛАСТИНКА, ИГЛА, МЕМБРАНА. Проще всего оказалось разобраться с иглой. В отношении иглы сработал принцип: «дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности». Изношенную (затупленную) иглу просто стали менять  на новую. В патефонах даже был предусмотрен маленький контейнер – хранилище игл. Были в употреблении и более износостойкие иглы, например, из материала корунд. А в некоторых моделях фирмы «ПАТЕ» применялась «несменяемая» игла из сапфира.  Пластинка и мембрана на этом этапе не менялись. А игла и пластинка продолжали изнашивать друг друга. К примеру, прпи использовании острых игл пластинка после 10-20 проигрываний становилась малопригодной. Естественно, такое однобокое развитие не разрешало противоречие и, хотя оно оставалось  обостренным, система жила, это была система массового потребления и альтернативы пока не было.    

Далее, на рубеже середины ХХ века в звуковоспроизводящей аппаратуре произошли революционные изменения, связанные с внедрением по всем ключевым узлам электроники:

- пластинка получила электропривод с высокой точностью обеспечивающий равномерное вращение. В патефоне привод вращения от пружины такой точности не обеспечивал.

- преобразование колебаний иглы в звуковые взяла на себя электродинамическая головка в сочетании с электродинамическим звукоизлучателем. В результате игла оказалась в магнитном поле соленоида (катушки индуктивности) этой самой электродинамической головки и, благодаря высокой чувствительности этой подсистемы давление на иглу удалось существенно снизить. Подсистема получила название – звукосниматель. Более того, из непосредственного контакта с иглой была исключена звуковоспроизводящая мембрана, функцию которой принял электродинамический звукосниматель, связанный электрически (т.е. по проводам) со звукоизлучателем. В целом патефон (чисто механическая система) превратился в радиограммофон (или в электрофон, т.е. электропроигрыватель с высококачественным  усилителем звуковой частоты).

  Далее, претерпела изменения и игла, которая превратилась в кусочек металлокерамики с заостренным концом, приобретя высокую износостойкость. Игла стала «вечной». И только пластинка осталась бедной родственицей  в этих преобразованиях, кардинальные изменения ее не коснулись, ее по-прежнему царапала игла, хоть и с меньшим усилием.  Можно считать, что противоречие в какой-то степени разрешилось и стало необостренным. Ведь качество звука у радиограммофона стало во много раз выше чем у патефона.

В тот же период у пластинки, как носителя записи появился очень сильный конкурент – магнитофон с носителем на магнитной ленте. У этой системы был свой путь развития, свои достоинства и недостатки (это тема отдельной статьи). Но оба вида звукозаписи развивались не мешая, а иногда и помогая друг другу, хорошее музыкальное произведение с дефицитной пластинки можно было переписать на магнитофон.

Вернемся к противоречию, которое унаследовал радиограммофон от патефона. Разрешение ТП, если это пытались бы осуществить, возможно, если обеспечить не только «вечность» игле, но и пластинке. С внедрением электроники удалось снизить износ пластинки не только ослаблением давления на иглу, но и, например, за счет уменьшения скорости вращения при переходе к долгоиграющим пластинкам. Но принцип действия, заключающийся в царапаньи пластинки иглой, сохранялся. Интересно в этом плане направление развития, которое можно отметить при переходе от ТП к ФП, которое сформулируем для узлового компонента (УК)  этой ТС.  УК в данном случае – прижим иглы к пластинке. И тогда ФП: «Прижим иглы к пластинке должен быть, чтобы обеспечить функционирование ТС, и не должен быть, чтобы не портить пластинку».

И, хотя подобная постановка задачи не была озвучена в то время, ситуация преддверия перехода к более перспективным принципам действия ощущалась. Ведь игла «прожила» со времени изобретения Эдисона, со своей вредной функцией почти 100 лет! И переход к новому принципу действия возможен, видимо, в направлении  отрицания иглы. «Нечто» вместо иглы должно взаимодействовать с пластинкой. Отрицание иглы – отрицание вещества. Заменить вещество в идеале может физическое поле, которое должно функционально реализовать свойство иглы «считывать информацию» с пластинки. Такой ход развития объективно продиктован основным законом развития техники – законом стремления к идеальности.

Неизбежность замены принципа действия этой системы назревала давно, но условия созрели лишь к концу 70-х годов ХХ века, после того как в технике произошла лазерная революция, когда лазер стал эффективным технологическим инструментом во многих областях техники, медицины и т.п.

Вначале восьмидесятых годов ХХ века на крупных международных выставках с новинками бытовой радиотехники появился необычный экспонат: небольшой радужный диск. Его назвали лазерным, или компакт-диском (Compact Disk, CD ), а создали его компания «Philips» в союзе с “Sony”.Создатели объявили о революции в сфере записи и воспроизведения звука. И не без основания.  Основным достижением новой технологии стало отсутствие механического контакта между диском и считывающим устройством благодаря использованию вместо иглы лазерного луча.  Так пластинка, наконец освободилась от иглы и стала «вечной», а игла перешла в другое состояние. Первый диск был создан в 1979 году, а для воспроизведения аудиоинформации были созданы принципиально новые устройства:  CD-плееры.

Высокая надежность системы с компакт-диском заставила производителей задуматься и о применении их в компьютерах. Первые компьютерные диски получили название CD-ROM (от английского REAL  ONLY MEMORY – память только для чтения), а аудиодиски именовались

CD-DA (Digital Audio).  Название CD-ROM указывало, что диск предназначен только для считывания записанной информации, стереть ее или записать что-то новое было невозможно. По своей структуре обычный CD – слоеный пирог. Первый слой (основа) изготавливается из поликарбоната, второй (отражающий ) выполнен из металла (алюминий, золото, серебро), Третий (защитный) – из прозрачного лака. Основной слой содержит полезную информацию, закодированную в нанесенных  на него микроскопических углублениях, называемых ПИТами (по английски – ямка), ПИТы располагаются вдоль спиральной дорожки, идущей от центра к переферии диска. Принципиально все как у Эдисона на его оловянной основе расчерченной иглой, но только информация в ХХ веке приобрела чрезвычайно удобную форму кодирования с использованием двоичной системы исчисления. Информация (любая, аудио или видео) составляется чередованием ПИТов (логических нулей) и промежутков между ними (логических единиц). Каждый ПИТ имеет 125 нанометров (нм) в глубину и 500 нм в ширину. Длина ПИТа варьируется от 850 нм до 3,5 микрометров (мкм). Расстояние между соседними дорожками – 1,5 мкм. Чтобы это легче было понять, нужно представить себе отношение размеров диска (обычно это – 12 см в диаметре) и ПИТа в следующем масштабе: Если бы диск был размером со стадион, ПИТ был-бы размером с песчинку. Запись информации выполняется мощным записывающим лазером , который выжигает в пленке ямочки-ПИТы согласно программе, затем изготавливается металлическая матрица, с помощью которой штампуются серийные диски.

При считывании лазерный луч направляется на поверхность компакт-диска , вращающегося с большой скоростью, отраженный сигнал попадает на светоприемник (фотодиод), который в зависимости от интенсивности света подает различные электрические импульсы. Так свет от углублений оказывается значительно более слабым, чем от плоских участков, после чего пройдя через усилитель преобразуется в цифровую форму. Важным элементом системы является CD-привод, основная характеристика которого – время доступа, показывающее, как быстро происходит поиск нужной информации, а также скорость чтения данных после того как файл найден. Так системы записи и хранения информации на основе оптических дисков стали одним из бурно развивающихся секторов в области высоких технологий HI-TEC.

Между тем у первого компакт- диска имелся недостаток – невозможность записи на него в домашних условиях. Пользователи, привыкшие записывать музыку с пластинок на магнитофон ожидали аналогичных возможностей и от оптических дисков. Увы, создатели первых дисков эту проблему не решили, но грешно их в этом обвинять, ведь они были пионерами в этом деле и у них и без того было много проблем.  А решение проблемы записи не пришлось долго ждать, темпы развития в HI-TEC весьма высокие. Система вышла на третий этап экстенсивного развития согласно S-образной кривой. Сначала появился однократно записывающий диск CD-R, а потом и диск для многократной перезаписи           CD-RW.   Это стало возможным на основе иной технологии  и структуры диска. Пластиковая основа CD-R не несет полезной информации: вместо ПИТов на ней отпечатаны пустые дорожки, необходимые для ориентации привода. Сверху наносится тонкая пленка органических молекул, а затем диск покрывается слоем отражающего металла. Органические молекулы (цианины, фталоцианины)  способны необратимо менять свои оптические  свойства при нагреве. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки поверхности, они перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки аналогичные ПИТам. Но это всего лишь возможность однократной записи. Возможность многократной записи тоже не заставила себя долго ждать.  В CD-RW вместо слоя органических молекул используется пленка сплава редкоземельных элементов, способного обратимо менять свое фазовое состояние под действием лазерного луча. При нагреве лазером выше критической температуры участок металла становится аморфным и остается таковым и после быстрого остывания. Эти участки отражают свет хуже чем соседние и тем самым выполняют роль ПИТов. Повторный нагрев до температуры ниже критической восстанавливает исходное состояние, стирая тем самым ранее записанную информацию.

Стандартный диск выдерживает около 1000 циклов перезаписи.

Безусловный прогресс в развитии оптических носителей сыграл огромную роль и для компьютерной техники. Емкость первого CD-ROM составляла 680 мегабайт – в те годы такой объем казался огромным, т.к. объем стандартного жесткого диска был в несколько раз меньшим. Тогда не существовало программ, способных целиком заполнить компакт-диск.  Но … аппетит приходит во время еды, потребности росли еще более быстрыми темпами,

И сегодня считается,  что стандартный CD безнадежно устарел. Очень заманчиво было иметь на дисках видеофильмы. Но одна минута цифрового фильма требует до 100 Мбайт памяти За счет сжатия в формате МРЕG2 этот показатель можно снизить до 30 Мбайт.

Тогда 2-хчасовой фильм займет 3,6 Гбайта – это почти в 6 раз больше чем стандартный CD.

Поэтому в начале 90-х годов несколько ведущих фирм занялись разработкой дисков большого объема. Дальнейшее развитие пошло под девизом:

ДАЕШЬ ГИГАБАЙТЫ!

В результате объединенных усилий гигантов  HI-TEC таких как SONY, PHILIPS, TOSHIBA, HITACHI, которые объединились в союз “DVD – Consortium”,  родился формат DVD (digital versatile disk – цифровой универсальный диск). Новая технология позволила совершить огромный скачок в этой области. Диск DVD смог хранить от 4,7 до 17 Гбайт. Этого было уже достаточно для показа полнометражного фильма, компьютерных игр, мультимедийных энциклопедий.  По внешнему виду CD и  DVD похожи, принципиальное отличие состоит в плотности записи информации: для CD минимальный размер ПИТа – 0,83 Мкм, а между дорожками – 1.6 Мкм, то для DVD эти значения соответственно равны 0,4 и 0,74 Мкм. Увеличение плотности стало возможным с использованием лазера с меньшей длиной волны. Кроме того, была разработана технология создания  двухслойных и двухсторонних дисков. В первом случае два простых диска как-бы соединяются друг с другом, образуя один диск с двумя информационными слоями, один под другим, а чтобы лазер мог считывать данные, верхнее отражающее покрытие делается полупрозрачным. Перефокусируя луч, можно регистрировать отраженные сигналы на разной глубине. Создатели ожидали увеличения емкости в два раза, однако, чтобы минимизировать препятствия лазерному лучу при прохождении внешнего слоя, минимальный размер ПИТов пришлось увеличить с 0,4 до 0,44 Мкм.

ТРИЗный комментарий: это был первый «неприятный звонок» - на экстенсивном участке S-образной кривой развития этой ТС появились ограничения в возможностях увеличения параметров основных характеристик, это было преддверие возникновения  ТП.

При создании двухстороннего диска тоже соединяют 2 простых диска, но на этот раз тыльными сторонами друг к другу. В результате между двумя пластинками поликарбоната с ПИТами оказывается общий отражающий слой. На таком DVD помещается 9,4 Гбайта ( по 4.7 Гбайт с каждой стороны). Комбинации двухслойной и двухсторонней технологии породили ряд типов DVD – дисков, например, DVD-10 это двухсторонние однослойные 

а DVD-18  - двухсторонне двухслойные. Последний вариант самый сложный представляет собой два сложенных вместе односторонне двухслойных диска с емкостью 17 Гбайт – фантастическое достижение, как казалось совсем недавно. Созданные для DVD-дисков DVD-плееры были уже снабжены экранами для просмотра видеофильмов.

Прогресс в области цифровых технологий не останавливается «ни на минуту», темпы бешеные!  И достижение в 17 Гбайт стало очередной точкой отсчета, которое надо было превзойти.  Но как же этого достичь? Прежние способы повышения емкости, основанные на увеличении плотности записи, т.е. уменьшения размера ПИТов и расстояний между соседними дорожками достигли своего предела. Дело в том, что плотность записи ограничена еще и длиной волны считывающего лазера, а это - световая волна с присущими ей явлениями дифракции и интерференции, которые физически не позволяют сфокусировать луч в пятно диаметром меньше длины волны. В свое время более коротковолновый лазер позволил сделать переход от CD к  DVD. Для следующего шага нужен еще более коротковолновый лазер  На фирме SONY разработали диск Blue-Ray-DVD, для которой был создан лазер, излучающий в голубом спектре видимого света (с длиной волны 405 нм), в отличие от красного при обычном DVD (длина волны в среднем 650 нм). Более точная фокусировка луча голубого лазера позволила повысить плотность записи и довести емкость диска до 27 Гбайт. И это возможно предел возможностей этой технологии. О создании лазера с еще меньшей длиной волны для DVD-дисков пока не слышно. Между тем, введение каждого нового лазера требует переделки и замены всей аппаратуры записи и воспроизведения т.е. усложнения в надсистеме. А повышению емкости диска за счет повышения плотности записи с прежним лазером  не позволяют законы оптики. Такое вот противоречие, обозначим как ТП (повышение плотности).

Другой способ увеличения емкости на диске – наращивание информационных слоев,  числом более двух.  Но и в этом направлении волновая природа света ставит предел, многократная интерференция лучей на «встречных курсах» и рассеяние в толще материала портят качество сигнала. Здесь сразу видно физическое противоречие, обозначим как ФП (многослойности): «слоев на диске должно быть много, чтобы обеспечить большую емкость, и должно быть мало (не более двух), чтобы не портить сигнал».

Таким образом, испытанные технологии повышения емкости компакт-дисков столкнулись с непреодолимыми трудностями, путь прегражден законами физики. Бороться с такими законами – дело малоперспективное.

ТРИЗный комментарий: тупик обусловлен тем, что имеет место кажущийся предел дальнейшего  развития ТС, противоречия не РАЗРЕШАЮТСЯ ни в пространстве, ни во времени, их надо УСТРАНИТЬ. В такой ситуации необходимо искать иной принцип действия  ТС, на основе других законов.

Самое интересное, что нашлись «нарушители» законов!  В марте 2007 года в одном из номеров журнала «Science» появилась информация о незаурядном достижении. Физикам из университета в Беркли под руководством Ксян Жанга и группе ученых из Мэриленда под руководством Игоря Смолянинова удалось создать СУПЕРЛИНЗЫ, собирающие лучи света во много более узкий пучок, чем это разрешено законами оптической дифракции. По законам нельзя различить две точки, находящиеся ближе друг к другу, чем половина длины волны. Однако в Беркли с помощью суперлинзы сумели различить две линии, между которыми всего 100нм, а в Мэриленде – 70 нм. И это при длине волны видимого света в среднем = 560 нм! Такие устройства – суперлинзы созданы не из обычных, природных веществ, а из весьма необычных  синтетических материалов, именуемых метаматериалми, отличающихся от природных тем, что имеют отрицательный показатель преломления…. (Метаматериалы и суперлинзы из них  - тема отдельной статьи). Ученые считают, что с их помощью возможно существенное повышение плотности записи на DVD-дисках. Промышленные технологии пока в разработке.

Не менее впечатляющим является достижение компании «CONSTELLATION 3D» (сокрашенно C3D), специалистами которой была решена проблема создания многослойного диска. Компания C3D существует с 1995 года, а ее президент  Евг. Левич (эмигрировавший из России в 1975 году) ставит своей целью разработку прогрессивных технологий с обеспечением революционных  решений в области хранения информации. И его слова не расходятся с делами. Революционная идея создания многослойного диска была проста, вместо того. Чтобы регистрировать сигнал после отражения, нужно заставить материал, содержащий информацию, самостоятельно излучать свет. В итоге был разработан флюоресцентный диск (Fluorescent Multilauer Lisk – FMD) – самый емкий сегодня (на 2003 г.) носитель информации.  Так созданный компанией десятислойный диск FMD способен вместить 140 Гбайт данных. По заявлению разработчиков число слоев может быть увеличено до 100 (!). Вот это фантастика!

Тогда на одной 5-дюймовой пластинке поместится до Терабайта данных.

Внешне FMD очень похож на обычный диск, но он совершенно прозрачен из-за отсутствия отражающих покрытий. Каждый информационный слой FMD содержит ячейки-питы, заполненные органическим фотохромом. Молекулы фотохрома можно переводить во флюоресцентное состояние (т. е. способное испускать свет) и обратно с помощью записывающего лазера. Это свойство используется для записи и стирания. Но самое замечательное свойство в том, что питы при освещении считывающим лазером обладают отзывчивостью – сами испускают свет, причем, их излучение оказывается немного сдвинутым, с большей по величине длиной волны относительно луча считывающего лазера  на 30 – 50 нм. Благодаря этому, самому феноменальному достижению для паразитной интерференции нет условий, ибо вторичное излучение от фотохрома не когерентно по отношению к исходящему от лазера (не когерентно означает, что источники лазер и фотохром излучают на разных длинах волн).  Что-же касается Противоречия, то оно  устранено на 100%.

На этой мажорной ноте можно поставить точку в этой статье,  но не на пути бесконечного прогресса в области носителей информации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Статья была задумана несколько лет назад с целью отобразить динамику развития популярной в народе технической системы из области бытовой радиоэлектроники, но не хватало материала для необходимой полноты описания. На сегодня этого материала предостаточно, даже для написания брошюры.

Экскурс в историю техники, в относительно узкую область всегда интересен, поучителен и еще чреват выявлением интересных закономерностей. В данном случае удалось отследить достаточно подробно развитие устройств записи, хранения и воспроизведения аудио- и видеоинформации начиная с момента зарождения и до наших дней. В результате вырисовалась цепочка сменяющих друг друга устройств, каждое из которых оригинальное и замечательное творение в своей эпохе: Фонограф Эдисона – Граммофон Берлинера – Патефон братьев  Пате – радиограммофон (электрофон) – CD плеер – DVD плеер. На разных этапах этого развития отмечены характерные тупиковые моменты и революционные прорывы, как отражение объективных, априори известных в ТРИЗе закономерностей.

Автор этих строк с грустью отмечает, что в этом историческом экскурсе не обнаружил следов участия тризовцев в развитии описанных систем, но автор полагает, что данная статья окажется полезной в системе ТРИЗного образования, ибо в учебно-тризной литературе чрезвычайно мало примеров из области HI-TEC, Более того, ситуация, описанная в статье, где сформулировано ТП с конфликтующей парой ИГЛА – ПЛАСТИНКА, может быть оформлена в виде учебной задачи в следующей трактовке: Как этот конфликт можно было бы разрешить (устранить) в пользу предотвращения износа пластинки… в эпоху до создания лазеров? Ведь игла царапала пластинку 100 лет! Надо мысленно вернуться  лет на 40 – 50 назад, в прошлое.

Контрольного ответа нет.

Э Каган.

Январь-февраль  2008 г

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Альтшуллер Г.С.  Найти идею. Введение в ТРИЗ. Новосибирск. Изд. «Наука». 1986 г.

2. Рабинович А. «Свет сохраняет информацию». Научная страничка в русскоязычной газете «ВЕСТИ». Израиль. 5.03.2002 г

3. Митчел УИЛСОН. Американские ученые и изобретатели (перевод с английского). Изд. «Знание». Москва. 1963 г.

4. Голдовский Б.И., Вайнерман М.И. Рациональное творчество. Изд. «Речной транспорт». Москва. 1990 г.

5. Нудельман Р. « Удивительрые метаматериалы» ( о суперлинзах ). Научная страничка газеты «ВЕСТИ». Израиль. 7.02.2008 г.  

6. www.cdlabs.ru (О типах оптических носителей)

7. www.auramedia.ru (О лазере Blue-Ray )

ПОСЛЕСЛОВИЕ  КАФЕДРЫ  ПРОГНОЗОВ.

Эдуард Львович  совершенно  справедливо  заметил,  что  количество  исследований в истории  техники  сделанное  с  позиций  прикладной  диалектики или  ТРИЗ, что  мне  хочется  считать синонимами,  весьма  ограничено.

Обзор  по  развитию  средств  хранения  информации, который  бы  имел  комментарии в  моделях   законов  перехода  количества  в качество (в  ТРИЗ  это хорошо  разработанные   модели S - образного развития) или   единства  и борьбы  противоположностей (вся  смысловая  часть АРИЗов)  можно  развивать  и дальше.

Однако  формат  послесловия заставляет меня ограничиться  только  несколькими  репликами по  поводу   самой  истории развития  этих устройств  и  проявления  закона  отрицания  отрицания, который в  наименьшей  степени  исследован  не  только  в  технике, но и в  современной  философии.

Реплика 1.

Анализ  истории  техники - увлекательнейшее занятие,  особенно, если это  делать с  позиции представлений ЗРТС + диалектика. Если говорить о моём личном  опыте, то  можно попробовать  увлечь  читателей  тем,  что  это  занятие  развивает  способность  видеть окружающие  предметы  совершенно  иначе.

Например, глядя  на  конструкцию  фонографа  Эдисона,  сразу на  ум  приходит конструкция  шарманки  и других  музыкальных полуавтоматов.

Глядя  на  конструкции  обоих  машин  легко заметить,  что   у  шарманки  информацию  несут  стержни, а  у  фонографа  «ямки»  или  ПИТы,  но очень – очень  большие.

В  классической  ТРИЗ такой  приём хорошо известен. Это  приём «сделай наоборот».

Проиллюстрировать его в  контексте описываемых  событий  можно  моими  фотографиями, сделанными в  одном  из  южнокорейских  музеев.

На  левом  рисунке  резьба  по дереву  сделана  в  конструкции «стержни», на  правом  в  конструкции «ямки».  Я знаю,  что увидят в  этих фотографиях специалисты  по полупроводниковым  производствам: технологии  наращивания  слоёв  и технологии фотолитографии, но  не буду  задерживаться  на этом  интереснейшем  направлении и  оставлю  эту  тему  для последующих публикаций.

Заметим,  что благодаря  такому  инженерному  решению  произошёл  очередной  переход  количества  в качество   по параметру плотность  записи  информации на  единицу  поверхности.

Вся  последующая  история  развития  носителей  информации это история  скачков  такого рода, которая  нам  даже  известна  в  ХХ  веке  как  «закон Мура». Попутно  возникла  мысль  проверить: а  как выглядел «закон  Мура  в  до -муровскую эпоху», т.е  на  макроуровне?

Реплика 2.

Обратите  внимание  на  две  очень  важные  конструкции  музыкальных  полуавтоматов,  которые  предшествовали почти 350  лет граммофонам  и фонографам.

Особое  «зрение»  специалиста по  ЗРТС   позволяет  увидеть  в этих конструкциях  и фонограф Эдисона  и  грампластинку  Берлинера  и перфокарты  Жаккарда  для  ткацких станков  и всё  что  дальше  было : виниловые  пластинки, виниловые   долгоиграющие  пластинки, CD, …  DVD, …. и  так  далее… к  цилиндрам  мы  ещё  вернемся в конце  этих реплик.

Второе  важное  замечание по этой  реплике  заключается  в  том,  что  ось вращения  у  музыкальных  автоматов   имело  2  состояния: горизонтальное  и вертикальное. В  прошлом  выпуске  Кафедры  Прогнозов  я   достаточно подробно описывал этот феномен, который  условно  называю уже  несколько лет «поляризация  движений».

Реплика 3.

Поляризация  движений  или  смена  направления  оси вращения Рабочего Органа по  моим  наблюдениям   является  одним  из   механизмов  проявления  закона  отрицания  отрицания,  который  я  с  удовольствием  изучаю уже  два  года,  к  чему  и вас  призываю, дорогой  читатель…

Г-н  Берлинер  выиграл  конкурентную борьбу  у  г-на Эдисона  благодаря именно  приёму  «смена  поляризации»,  заменив  продольную запись  на  поперечную, устранив  и недостаток  плохой  воспроизводимости  звуков Ш, Д  и Т,  и выиграв  снова  по  параметру  плотность  записи  информации на  единицу поверхности.

Слева  фонограф  Эдисона, справа  первый  граммофон.

Реплика 4.

Мы  ещё  не раз встретимся  с  феноменом  поворота  в истории  записи  и воспроизведения  информации. Ограничусь примером  с  магнитофоном,  который  снова  реализовал  скачёк  в  плотности записи информации на  единицу  площади и  кинопроекторными  установками.

Согласитесь,  что  в  телеграфе, который,  кстати  сказать,  очень сильно усовершенствовал  тот  же  Эдисон,  можно  было «увидеть»  и  будущий  магнитофон, если  знать о  подходящих физических эффектах  в области магнитных свойств   веществ.

Реплика 5

Закон  отрицания  отрицания,  который  так  интересно изучать  на  примере  истории развития техники,  можно проиллюстрировать  ещё  одним  примером, который  показывает какими  тесными  генетическими  узами связаны  машины  одинакового  предназначения.

Реплика  6

Я  попробую дополнить  нить  обзора, который   сделал   Эдуард   Львович  тем  с  чего начал: цилиндры  и барабаны  в  шарманках.

Полагаю,  что  все  уже  читали сообщения  о разработке  нового поколения  компьютерной  памяти  на  механических  принципах.

Цитата  с  любимого сайта  «Мембрана»:

Нано-ЗУ, работающий на механическом принципе, изобрели ученые из IBM под руководством Герда Биннига. Так называемый миллипед (тысяченог) представляет собой растр из 1024 рычажков силового микроскопа. Если нужно записать "1", их кончики продавливают отверстие в мягком слое полимера. Для считывания битов миллипед проверяет поверхность на наличие дырочек. Если рычажок попадает в отверстие, его температура, а вместе с тем и сопротивление, изменяются, а, значит, поддаются измерению. Таким способом можно получить плотность записи до 80 Гб на кв. см (для сравнения: максимально достижимая сегодня емкость в десять раз меньше). Через 3 года IBM изготовит миллипед с 4000 зондов, который можно будет применять в новом поколении портативной техники. По мнению Биннига, несложно и представить себе плату с миллионом зондов

Каким  будет  предполагаемое  конструктивное  решение  у  нового поколения  устройств  для  запоминания  информации  можно только  гадать, но  отчаиваться  не  нужно:  подсказки  можно получить  в  истории техники.

Реплика 7 и завершающая.

Продолжать приводить примеры  проявления  законов  диалектики  в  такой  огромной  теме  как  запись информации  можно  до бесконечности.

Скажу  только,  что  раньше  я думал,  что  компьютерная  память «родом из»  текстильной  промышленности,  потом  я  понял, что она  родом  из  музыкальных автоматов,  а  теперь я  думаю, что… Здесь я  вспомню  афоризм  Козьмы  Пруткова  о  фонтане  и  применю его  к  себе. Оставлю  эту  тему  для  последующей  подробной  публикации.

Диалектическая  генеалогия,  которую  нам  продемонстрировал  Эдуард  Львович  Каган  крайне  важное  направление  развития  современной  ТРИЗ. За  что  хочу  ему  сказать  большое спасибо. Может быть, он этим  опытом  создал  ещё  один  вид  инструмента, который  можно назвать «диалектическим  анализом».

Уже  на протяжении многих лет проводится питерская  конференция «Три поколения ТРИЗ». Я  принадлежу  к третьему  поколению,  автор к  первому. На примере  сегодняшнего материала   я  вижу, что  «тризовцы  в  пыльных   шлемах»  так  же  полезны  развитию  уникальной  инновационной  дисциплины  сегодня,  как  и 30 лет назад.

С уважением,
Юрий Даниловский.

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.