Для учащижся старших классов

Профессия - изобретатель

Самая простая кнопка

Этот раздел — самый маленький по всей книге. Так же как мал и его герой — обыкновенная кнопка, или клавишный переключатель. У нашего маленького героя много официальных названий. В рекламном листке выставочного экспоната его называют «переключатель бесконтактный беспружинный кнопочный»; в лицензионной рекламе — «переключатель клавишный». Что же в нем главное? Как ни странно, новая конструкция не выигрывает у традиционных в габаритах, массе и даже в цене. Главное отличие заключается в характеристике усилия нажатия.

Возьмем самую обыкновенную кнопку, например от дверного звонка (рис. 30). Верхнее (разомкнутое) ее положение определено действием пружины и взаимным расположением ее фиксирующего бортика и корпуса. Кнопка 1 выталкивается пружиной 2 до соприкосновения ее бортика с корпусом 3. При нажатии кнопки приложенное усилие F должно превысить «силу» пружины. На всем рабочем участке характеристики усилие, требуемое для перемещения кнопки, должно линейно нарастать (для обеспечения ее равномерного перемещения). Вспомните обыкновенные пружинные весы: шкала перемещения пружины практически линейна от приложенной массы. И так — до упора. У весов это означает предел измерений; у кнопки — срабатывание контактов.

Конечно, конструкция кнопки, показанная на рис. 30, довольно условна. Но главные детали тут фигурируют: пружина 2 имеет нижний (4) и верхний (бортик кнопки) упоры. В конце рабочего хода кнопка взаимодействует с контактами 5, замыкая их. Кривая 5, показывающая зависимость перемещения / кнопки от приложенного усилия F, как вы видите, практически линейна. А что же это значит? То, что, «ведя» кнопку к точке срабатывания (/_макс)» вы должны все время увеличивать усилие, развиваемое пальцем. Порог вы почувствуете только в последний момент, дойдя до упора.

Рис. 30. Традиционная кнопка, подходящая для дверного звонка, явно не устраивает по эксплуатационной надежности разработчиков вычислительной техники.

В случае звонка вы, кроме резкого возрастания «сопротивления» кнопки, получите еще одно подтверждение срабатывания — сам звонок. Ну а оператор ЭВМ, работающий на клавиатуре из нескольких десятков кнопок, таких подтверждений дожидаться не может из-за быстрого темпа работы. И если кнопка не дожата — узнают об этом гораздо позднее, когда произойдет «сбой» всей вводимой программы. Удовольствие, как видите, довольно дорогое. А вероятность «недожима» с пружинной кнопкой довольно велика. Конечно, не в дверном звонке. Там у вас есть время дожать кнопку до упора. А при работе на клавиатуре обеспечить это условие гораздо сложнее. И часто кнопки «зависают», не срабатывают.

Новую конструкцию кнопки просто нельзя не довести до срабатывания. Так уж она хитро устроена. И хитрость эта не только и не столько техническая, сколько психологическая. Судите сами. В кнопку 1 (рис. 31) запрессован магнит 2% взаимодействующий с металлической арматурой 3 ее корпуса 4. В момент нажатия для приведения кнопки в движение (отрыва) нужно преодолеть первоначальное усилие сцепления магнита с арматурой — усилие отрыва. Дальше усилие, необходимое для передвижения кнопки, резко падает; кнопка «проваливается» до нижнего упора, где и происходит ее взаимодействие с контактами. Отпустите теперь палец, и магнит вернет кнопку в начальное положение.

Рис. 31. 100 миллионов срабатываний гарантирует «магнитная» кнопка.

Неважно, какова конструкция контактов, например геркон (герметичный магнитный контакт) или любая другая. Главное, что в данной системе (кнопке) всего два устойчивых положения: верхнее (разомкнутое) и нижнее (замкнутое). Проводившиеся многочисленные испытания не показали ни одного случая отсутствия срабатывания. А поработавшие на новой клавиатуре операторы просто не хотели возвращаться на свои рабочие места. Надежная (до 108 срабатываний) и изящная кнопка грозит вытеснить любых конкурентов, причем уже в самое ближайшее время. А ведь речь идет о ежегодном ее производстве в количестве сотен миллионов штук. Таким изобретением можно гордиться!

Но все-таки, в чем «психологический» секрет данного изобретения? В так называемом эффекте «тактильной», или «кинестати-ческой» обратной связи. Старая пружинная кнопка приводилась в движение без скачка усилия, требуя только его постоянного увеличения. Само движение Кнопки ассоциировалось у оператора с выполнением ее функции — включением контактов. При этом обратная связь (наличие возрастающего усилия и движения кнопки) не всегда «доводила» систему до крайнего положения (включения). В новой же кнопке порог усилия выставлен в самом начале хода: без его преодоления кнопка не двинется с места, т. е. оператор обязательно сдвинет кнопку, преодолев усилие отрыва. Без этого он не получит «подтверждения» выполненной операции (нажатия). А дальше сработает неустойчивость системы: сдвинув кнопку, палец оператора проваливается (по инерции) вместе с ней до упора (срабатывания). В этом и вся хитрость, маленькая хитрость большого изобретения.

Вот и закончилось наше беззаботное путешествие по стране изобретений. Почему беззаботное? Да потому, что мы с вами еще ни разу не попробовали серьезно разобраться: а что же такое изобретение? Не пытались объяснить, почему технические решения, о которых мы рассказывали, можно назвать изобретениями, чем заслужили они это право. Не объяснили, что представляют собой и зачем упоминаются нами патенты и авторские свидетельства с многозначными номерами.

Но ведь без знания основных приемов «изобретательского ремесла» можно лишь пассивно наблюдать за чужими успехами. И пусть вас не пугает некоторая сухость и явный формализм приводимых нами правил составления заявок — как и все правила, их нужно просто понять и усвоить.