Конструктор через Пи

Российский математик создал конструктор, который поможет детям стать Марками Цукербергами и Леди Гагами. Пластиковые детали для него отливают на заводе, работавшем раньше на оборонную промышленность. В детсадах и школах конструктор опробовали и уже начали поставлять за рубеж. В ситуации на рынке детских товаров и основах преподавания стереометрии дошкольникам разбиралась МОСЛЕНТА.

«Пацаны, ну, мальчики, если здесь будет тройная деталь, свая не встанет», — говорит 11-летняя девочка мальчикам, своим ровесникам. Вместе они должны построить из конструктора мост, установить на него поезд и показать всё это журналистам. Рядом с ребятами — трёхметровая Эйфелева башня, вдвое меньше — Пикачу и голова Железного человека, чуть поодаль виднеется корабль Энтерпрайз из «Звёздного пути», а ещё фракталы, планетоиды и прочие сложные геометрические фигуры.

Конструктор, из которого они собраны, придумал выпускник Бауманки Дмитрий Соколов. Три года назад он предложил свою идею руководству «Храпуновского инструментального завода», на котором работает программистом. А в октябре прошлого года началось промышленное производство конструктора «Фанкластик». Его детали соединяются тремя способами и крепятся друг к другу с каждой стороны.

Декартовы решётки

Все детали конструктора образуют регулярную структуру — и в этом заключается основная идея Соколова. «Это две кубические Декартовы решётки. Декартовы координаты — это перпендикулярные оси Х и У на плоскости. А к ним добавляется третья ось, перпендикулярная им. Решётки переплетаются, и все детали попадают либо в одну, либо в другую», — пытается донести мысль до корреспондента МОСЛЕНТЫ изобретатель.

На практике это выглядит так. Детали не примыкают друг к другу всей плоскостью — каждая соединяется с другой с небольшим смещением. Поэтому соседние элементы попадают в разные решётки, а те, что разделены деталью — в одну, то есть они полностью параллельны друг другу. Расширять решётки можно до бесконечности, причём в любую сторону.

«С другим конструктором, когда строишь что-то длинное, две ветки могут не сойтись в пространстве. Но, если структура регулярная, то они всегда соединяются. Поскольку решётка кубическая, узлы этой решётки находятся на одинаковом расстоянии по всем трём осям, образуется как бы кубик», — погружается Соколов всё глубже в стереометрию, законы которой иллюстрирует «Фанкластик».

Не обошлось его изобретение и без числа Пи. Детали конструктора прямоугольные, но из них можно собрать колёса. И от числа Пи зависит размер этих колёс:

— Внешний обод колеса собран из деталей, и количество самих деталей и их узлов (детальки состоят из одинаковых частей, которые можно назвать узлами, как узлы решеток, в которые попадает деталь), разумеется, целое. Потому что детали пополам не распилены. То есть внешняя окружность — целочисленная. И внутренняя окружность тоже. Получается, у нас есть две целочисленные окружности, соединённые между собой спицей, собранной из деталей. Соответственно, если длина внешней окружности L, то длина внутренней равняется L минус 2 Пи, умноженное на высоту спицы. Пи число иррациональное. Соответственно, если мы от целого числа отнимем иррациональное, то мы никак целое не получим. А внутренний обод целочисленный, — объясняет с умным видом Дмитрий Соколов.

— Почему всё-таки колесо получилось? — интересуется он у корреспондента, который обессиленно смотрит на диктофон. — Потому что величина спицы равна семи — она состоит из семи узлов. А семь умножить на число Пи — получится 21 целая и 99 сотых и дальше период. То есть, это почти целое число. И вот эта погрешность меньше одной сотой, она нивелируется тем, что пластик гнётся. Поэтому колесо сходится. А если бы величина (спицы) была бы не семь, а, например, шесть, то собрать колесо было бы невозможно.

Что это сделает с вашими детьми

С 2014 года, когда пошли пробные партии конструктора, его испытывали на детях в школах и детских садах Москвы и Подмосковья. Преподаватели остались им довольны. «Те ребята, которые работают с конструктором — осваивают необходимые знания, чтобы в средней школе справляться с математикой. Это абсолютное творчество, освоив технологию, они могут проектировать», — говорит руководитель пресс-службы 2086-й школы Светлана Кулагина.

Коммерческий директор «Храпуновского инструментального завода» Нина Мышанская ещё более оптимистична. По её мнению, навыки проектирования, которые получают дети, играя с конструктором, позволят им добиться успеха в любой сфере.

— В Америке в 1972 году в институте Хопкинса была проведено исследование. Отобрали группу детей в возрасте 12-15 лет со склонностями к математике и проводили с ними математические тесты. Учёные решили отследить, как будут развиваться талантливые дети, которые показывают лучшие результаты в математике и в образном мышлении, которые могут оперировать двух-трёхмерными объектами. Выяснилось, что дети, которые хорошо проходят тест и умеют конструировать, достигают огромных высот, — рассказывает Мышанская, пока ученики 2086-й школы собирают из конструктора мост и поезд.

По её словам, в числе тех, кто прошёл через институт Хопкинса, оказались Леди Гага, Марк Цукерберг и два-три нобелевских лауреата. «В плане конструирования "Фанкластик" решает комплексную задачу, от которой сиюминутного эффекта, может быть, нельзя будет наблюдать. Но перспектива у ребёнка, который конструирует нашим конструктором, очень велика», — подытоживает Мышанская.

А мы тем временем отправляемся на настоящем поезде в подмосковное Храпуново, где производят гениальный конструктор.

Как на оборонном заводе дошли до конструктора

«Храпуновский инструментальный завод» — посёлкообразующее предприятие подмосковного Храпуново. В юридическом адресе предприятия, которое занимает 5,5 га, даже не указан номер дома — только улица. В советское время здесь производили резцы по металлу для оборонной промышленности.

Стол на проходной завода, как скатертью, накрыт листом неразрезанной фольги. В такую оборачивают пачки лапши быстрого приготовления. Основанное в 1953 году предприятие с начала 2000-х решили переориентировать на упаковку.

«В 1990-е оборонный заказ стал уходить, и к 2001 году здесь была практически полная разруха», — говорит генеральный директор предприятия Иосиф Кантолинский. По его словам, тогда у завода появился инвестор, который вложил “огромные средства” в ремонт и постепенно отказался от металлорежущего инструмента. К 2014 станки для его выпуска были проданы.

Тогда руководство завода уже задумалось взяться за производство детского конструктора. В 2013 году программист Дмитрий Соколов запатентовал способ соединения деталей и пришёл с этим к руководству. «Мы увидели, что в этом есть перспектива, что это сильно отличается от того, что есть на рынке. Но сначала идея проходила обкатку. Это ведь тоже большие вложения, особенно сделать пресс-форму (клише, внутри которых отливаются детали — ред.). Где-то в 2014 году были сделаны первые формы. Конструктор обкатали в школах, получили хорошие отзывы, начали уже задумываться о промышленном производстве и организовали участок», — рассказывает Кантолинский.

Сначала пресс-формы заказали в Китае, но их создание требовало множества тестов. Одну форму производят от двух месяцев до полугода: сталь прожигается медным электродом, а потом дотачивается под микроскопом дубовой зубочисткой с алмазной пастой. Тогда нашли компанию, которая сделала пресс-формы в Москве. И практически весь производственный процесс локализовали внутри нашей страны. Только пластиковые гранулы заказывают за рубежом, чтобы по качеству «Фанкластик» ничем не отличался от «Лего». С ним, кстати, он совмещается с помощью переходников, которые входят в каждый набор.

Кантолинский не считает производство конструктора непрофильным для завода. Даже несмотря на то, что отливочный цех занимает скромную часть заводских площадей: «Это одно из направлений нашей деятельности, и мы планируем получать от него прибыль», — поясняет генеральный директор.

Сколько вешать в граммах

На продажу конструктор поставляется тематическими наборами. В них от нескольких десятков до нескольких тысяч деталей, из которых можно собрать всё что угодно — от цветов до самолётов. Но создатель хотел бы продавать конструктор не только комплектами, но и в развес. «Формат будущего магазина мы видим следующий: там можно поиграть, что-то собрать и можно то, что собрал, поставить на весы и по весу это купить. Либо прийти с мешком, насыпать деталей, которые хочешь, как помидоры поставить на весы, и получить цену за вес», — рассказывает Дмитрий Соколов.

Кстати, комплекты в Храпуново собирают именно на вес. У каждой сборщицы на конвейере стоят ящик с деталями и электронные весы. Компьютер сообщает, сколько граммов тех или иных деталей должно быть в наборе. И сборщица сыпет их, не считая, на весы, а затем смотрит на табло, пока на нём не окажется нужная цифра. Получившаяся кучка перекладывается в коробку, и та движется по конвейеру к следующей сборщице. Таким образом, за рабочую смену на склад отправляют около 250 комплектов. Иногда из-за погрешности в измерениях в комплекты не докладывают деталь или две. Но их по обращению отправляют покупателям почтой.

Сколько стоит «Фанкластик»

Но заработать на конструкторе не так-то просто, несмотря на положительные отзывы преподавателей, уверенность руководства завода в пользе игры и амбициозные планы создателя по его продаже. Хоть игрушки и продаются круглый год, покупают их неравномерно. Пик продаж приходится на предновогодний период, а лето — самый неактивный сезон. Это сказывается и на производстве. Хотя заказы, по утверждению работников интернет-магазина, поступают ежедневно, летом производят конструктор всего три-четыре дня в месяц. Осенью и зимой производство становится интенсивнее, с пиком перед Новым годом.

Но чтобы, по крайней мере, окупить вложенные в конструктор средства, нужно сначала отбить деньги, вложенные заводом в создание пресс-форм. Одна форма — кубик металла — выдерживает давление в 100 тонн, стоит порядка 600-700 тысяч рублей. Это дороже, чем весь станок, куда вставляется пресс-форма и загружается пластик. И сейчас у «Фанкластика» порядка 60 пресс-форм.

Когда подобные проекты удаётся вывести на прибыль за пять-шесть лет, это считается хорошим результатом. Но Иосиф Кантолинский на него не согласен. «Мы рассчитываем, что это будет значительно раньше. Надеемся, что нас поддержит правительство Московской области с точки зрения создания программы по оснащению конструктором школ и детских садов. Сейчас с правительством ведутся переговоры, но это очень длительный процесс», — говорит генеральный директор завода.

У коммерческого директора завода Нины Мышанской ещё более амбициозные планы по привлечению господдержки. «Совместно с одним из ведущих институтов и коллегами из ассоциации арт-индустрии мы готовим совместное пособие — годовой курс по конструированию, включающий 72 урока. И планируем обратиться в министерство образования, чтобы наш конструктор преподавался на уроках технологии или как минимум на кружках дополнительного образования», — рассказывает Мышанская.

По её словам, конструктор уже можно найти во многих крупнейших детских магазинах и торговых сетях. Этой осенью его начали поставлять уже на международный рынок. «Первой страной, куда мы начали экспортировать нашу продукцию, стала Чехия. Второй — Германия. А перспектива выхода есть и в Италию, США и Китай», — подчеркивает Мышанская.