Od długopisu po wieżowiec, wszystko, co tworzymy, wymaga jednego lub więcej z tych cudów designu
Kiedy miałem około pięciu lat, mieszkałem z rodzicami i siostrą w śnieżnej północnej części stanu Nowy Jork. To były lata 80. i pewnego dnia usiadłem przed moim ulubionym dużym prostokątnym pudełkiem śniadaniowym, ozdobionym z przodu zdjęciem Muppetów. W tej mieściła się moja ogromna kolekcja kredek – długich, krótkich, grubych, cienkich, w każdym dostępnym odcieniu. Jak większość dzieci, byłam nieustannie ciekawa i chciałam „odkryć”, co kryje się w moich kredkach. Oderwałem więc papier, który je otaczał, a następnie przyłożyłem je pojedynczo do ostrej krawędzi otwartego pudełka i złamałem je na pół. Moje wielkie oczekiwanie zostało raczej stłumione, aby znaleźć, cóż, tylko więcej kredek w środku. Mimo to upierałem się.
Kiedy byłem trochę starszy i zacząłem pisać słowa na papierze ołówkami, obracałem je w temperówce, żeby sprawdzić, czy szary pręt, który oznaczał moje prześcieradła, przeszedł przez jego korpus. Tak było. Stamtąd przeszedłem do piór – dalekie od rozczarowujących kredek z mojego wczesnego dzieciństwa, wnętrza piór wiecznych i długopisów zawierały smukłe naboje i spiralne sprężyny, połączone razem z wierzchołkiem, który nakręcał się jak śruba na resztę długopis.
Dorastając w Indiach, widziałem, jak mój telewizor jest rozbierany, aby odsłonić zdumiewające wnętrzności, które miały sens tylko wtedy, gdy skończyłem fizykę. W rzeczywistości powodem, dla którego zdecydowałem się studiować fizykę, była chęć zrozumienia elementów budulcowych naszego wszechświata.
Pod koniec moich lat szkolnych zafascynowała mnie fizyka atomowa i cząstek elementarnych, zafascynowana ideą, że sam atom, niegdyś uważany za niepodzielny, okazał się złożony z elektronów, protonów i neutronów – i że te po mające swoją kolej na podium „podstawowych cegiełek budulcowych materii”, zostały wyparte przez kwarki. Niezależnie od tego, czy wtedy to rozumiałem, czy nie, moją misją było zrozumienie, jak to wszystko działa.
To poszukiwanie rozpoczęło się w praktyce od kariery inżyniera. Spędziłem sześć lat jako członek zespołu, który zaprojektował Shard . Pomiędzy brakiem kobiet i osób kolorowych w moim zawodzie, a moją pasją do mojej pracy, przeprowadziłem setki prezentacji na temat inżynierii na całym świecie, co zaowocowało opublikowaniem dwóch książek o kultowych konstrukcjach i sposobie ich budowy.
Po zbadaniu tego, co duże w moim pisaniu, zdecydowałem się przejść do tego, co małe. Niezależnie od tego, czy jest to materia, która tworzy nasz wszechświat, żywe stworzenia biologiczne, czy wymyślone przez nas przedmioty stworzone przez człowieka, złożone kompozycje składają się z mniejszych i prostszych, cóż, rzeczy.
Wewnątrz wszystkich otaczających nas rzeczy stworzonych przez człowieka znajdują się podstawowe elementy budulcowe, bez których nasza złożona maszyneria nie mogłaby istnieć. Na pierwszy rzut oka mogą wydawać się nieciekawe. Często małe, a czasem ukryte, prawda jest taka, że każdy z tych elementów jest niezwykłym osiągnięciem inżynierii z fascynującymi historiami, które sięgają setek, jeśli nie tysięcy lat.
To właśnie ten pomysł zainspirował moją książkę, w której wybieram siedem elementów, które stanowią podstawę współczesnego świata – gwóźdź, koło, sprężynę, magnes, soczewkę, pompkę i sznurek. Razem obejmują szeroki zakres innowacji pod względem leżących u ich podstaw zasad naukowych, dziedzin inżynierii, których dotyczą, oraz skali obiektów, które umożliwiły. Są także cudami projektowania, które przeszły wiele różnych iteracji i form i nadal to robią. W miarę jak ewoluowały, łącząc się na różne sposoby, złożoność maszyn, które mogliśmy stworzyć, eskalowała w kaskadowym efekcie wynalazczości i innowacji. Każdy z tych obiektów nas dotknął – oczywiście stworzyły i zmieniły naszą technologię, ale także wywarły ogromny wpływ na naszą historię, społeczeństwo, struktury polityczne i władzy,
Te siedem obiektów wybrałem podczas pierwszego lockdownu w 2020 roku. Uwięziony w domu, pozwoliłem mojemu umysłowi wędrować swobodnie, rozglądając się po moim dobytku i mentalnie (a czasem fizycznie) dekonstruując je, aby zobaczyć, co jest w środku. Wróciłem do długopisu i zobaczyłem sprężynę, śrubę i obracającą się kulę. Blender, którego używałem do robienia jedzenia dla mojego dziecka, opierał się na zębatkach, które z kolei nie mogłyby istnieć bez koła. Wcześniej, kiedy karmiłam piersią, laktator pozwalał mojemu mężowi karmić też naszą córeczkę. Proces IVF, przez który przeszedłem, polegał na soczewce, aby zobaczyć rzeczy w skali komórkowej. Maski ochronne, które nosiliśmy podczas krótkich spacerów i które zapewniały bezpieczeństwo medykom, składały się z niezliczonych włókien skręconych ze sobą w tkaninę. Głośnik w moim telefonie, przez który słyszałem głosy rodziny i znajomych, opierał się na magnesie.
Nawet kiedy myślałem o większych i bardziej złożonych obiektach – koparkach, drapaczach chmur, fabrykach, tunelach, sieciach elektrycznych, samochodach, satelitach i tak dalej – wciąż wracałem do tych samych siedmiu fundamentalnych innowacji. Łączymy rzeczy razem: gwóźdź. Potrzebujemy czegoś, co się obraca lub obraca: koła. Potrzebujemy energii i technologii, które mogą ją przechowywać: baterie, oczywiście, ale bardziej fundamentalnie, wiosna. Magnetyzm (i elektryczność) pozwalają nam manipulować rzeczami na odległość; obiektyw pozwala nam bawić się torem światła. Stringi dają nam mocny materiał, który jest jednocześnie elastyczny. Aby poruszyć wodę i utrzymać nas przy życiu, tworzymy czółenka.
Wynalezienie lub odkrycie każdego z tych siedmiu elementów inżynierii wiązało się z procesem niepowodzeń i iteracji: potrzeby, a następnie wypróbowania różnych materiałów, kształtów i form, aż coś zadziałało. Weźmy na przykład budynki, mosty, fabryki, traktory, samochody, telefony, zamki, zegarki i pralki – w rzeczywistości większość rzeczy, które wymagają połączenia kawałków metalu – mają gwoździe, wkręty, nity i wkręty oni razem. Gwóźdź był pierwotnie używany do łączenia ze sobą kawałków drewna – do tworzenia solidniejszych statków i mebli. Później śruba znacznie poprawiła siłę trzymania gwoździa, chociaż była znacznie trudniejsza do wykonania. Potem, gdy można było tanio wytwarzać cienkie blachy, ani gwóźdź, ani śruba nie nadawały się do użytku i powstał nit. Małe nity w naczyniach kuchennych ustąpiły miejsca większym i mocniejszym nitom do łączenia metalowych samolotów, statków i mostów, zanim inżynierowie wynaleźli śrubę, połączenie nitu i śruby, która była mocniejsza i łatwiejsza w montażu. Najwyższe drapacze chmur, najdłuższe mosty i najgłębsze tunele są utrzymywane stabilnie i solidnie dzięki takim śrubom.
Cała ta ewolucja nie oznacza jednak, że oryginalny gwóźdź jest przestarzały. W rzeczywistości gwoździe i ich liczne reinkarnacje są używane równolegle ze śrubami, nitami i śrubami, każdy do celu, który najlepiej pasuje. I tak właśnie zmienia się projekt: czasami używamy tej samej technologii przez wieki, zanim wymyślimy nowy materiał lub proces albo zdamy sobie sprawę, że musimy dostosować istniejącą technologię do potrzeb. Innym razem jest odwrotnie: wymyślamy nową technologię, na przykład niezwykle mocne włókno Kevlar, a następnie znajdujemy dla niej zastosowanie – w tym przypadku kamizelki kuloodporne. Niektóre z tych wynalazków rozwinęły się niezależnie w różnych częściach globu i miały bardzo podobne konstrukcje, jak koło, ale inne, jak pompa, wyglądały zupełnie inaczej. I tak narodziły się te wynalazki, potem zmieniły się i ewoluowały na swój własny sposób,
Chociaż myślimy o inżynierii jako o dziedzinie zaśmieconej obiektami nieożywionymi i złożonymi elementami technologii, które często wydają się obce lub wykraczają poza nasze zrozumienie, sercem inżynierii są ludzie — ci, którzy ją tworzą, ci, którzy jej potrzebują i używają, ci, którzy czasami nieumyślnie dołożyć do tego cegiełkę.
Kiedy myślę o sznurku, myślę o szwaczkach w Delaware, które obserwowały lądowanie na Księżycu, martwiąc się o to, czy Neil Armstrong trzyma klin. Magnetyzm stanowił podstawę kolonialnego systemu telegraficznego, zaprojektowanego przez lekarza, który przepuszczał prąd elektryczny przez ręce. Islamski uczony w końcu zorientował się, w jaki sposób widzimy i zrewolucjonizował nasze rozumienie fizyki optycznej na wieki przed tym, jak Newton odcisnął swoje piętno.
Tak więc inżynieria to spotkanie nauki, projektowania i historii. Chodzi o ludzkie potrzeby i kreatywność, o znajdowanie problemów i tworzenie ich rozwiązań w sposób, którego wcześniej nie próbowano. Chodzi o próbę uczynienia naszego życia lepszym, ale wiedząc, że z drugiej strony nasze wynalazki mogą mieć niszczący wpływ na społeczeństwo, jeśli nie są używane w sposób odpowiedzialny. W swojej najbardziej fundamentalnej postaci jest nierozerwalnie związana z życiem codziennym i ludzkością. Rozejrzyj się wokół siebie i zadawaj pytania dotyczące tego, co widzisz: rozbudź na nowo tę dziecięcą ciekawość. Mamy nadzieję, że zainspiruje Cię to do badania coraz bardziej skomplikowanego świata inżynierii i doprowadzi do lepszego zrozumienia elementów składowych naszego świata.