ПРИМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ПРИ РЕШЕНИИ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) – область знаний о механизмах развития технических систем и методах решения изобретательских задач.

ТРИЗ [1] – исключительный инструмент для:

• нахождения неординарных идей;
• выявления и решения большого количества творческих вопросов:
• развития творческого решения;
• выбора перспективных направлений развития техники, технологий и снижения затрат на их разработку и производство;
• зарождения творческой личности и команды.

Основная цель ТРИЗ – это поиск и применение законов, закономерностей и тенденций развития технических систем. Часто при решении изобретательских задач возникают технические проблемы, устранить которые тривиальными способами невозможно. Для этого одну задачу разбивают на несколько маленьких, целью которых является рассмотрение в первую очередь простейших решений без глобальных изменений. Но и тут могут возникнуть противоречия – изменение одних параметров ведёт к ухудшению других. Чтобы пошагово решить противоречия и не получить новых проблем используют алгоритмы решения изобретательских задач.

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) является составной частью теории решения изобретательских задач и представляет собой совокупность алгоритмических программ, которые основаны на законах развития технических систем, и предназначена для исследования и решения изобретательских задач.

Для решения изобретательских задач применяются различные комплексы приёмов, использующие такие технологические эффекты, как: физические, биологические, математические, химические.

Любой технологический эффект можно представить в виде блока с входным воздействием Х, выходным воздействием Y, управляющим воздействием Z и носителем U (Рисунок 1).

Рисунок 1. Схема модели технологического эффекта

В качестве входных X, выходных Y и управляющих Z воздействий используются поля (П_вх, П_вых и П_упр) различной природы, а носителя U – вещества В (Рисунок 2).

Рисунок 2. Схема модели технологического эффекта с полями П_вх, П_вых и П_упр.

Каждый технологический эффект характеризуется соответствующими полями П_вх, П_вых и П_упр и видом вещества В, преобразующего входное воздействие в выходное. Носителями могут быть физические объекты, химические вещества и биологические объекты. Существуют таблицы применения технологических эффектов. В таких таблицах вид технологического эффекта определяется по выходному действию или функции (П_вых), которые необходимо выполнить. Используя технологические эффекты можно получить более идеальное решение, так как при этом разрешается обостренное противоречие [1].

Подробнее остановимся на применении химических эффектов при решении изобретательских задач. С помощью химических эффектов можно устранить различные противоречия путём изменения химического состава объекта или его составляющих.Использование химии даёт нам удивительные решения в самых различных технических задачах. Можно, например, хранить сжатый газ в бумажном кульке или сделать воду сухой. Незатейливое и дешевое вещество может заменить громоздкий высокоточный прибор. Но по статистике только в одном изобретении из ста используются методы, основанные на химических эффектах. Изобретатель чисто психологически избегает их, перебирая громоздкие решения, основываясь лишь на механических способах.

А ведь используя химические инструменты можно доступно и изящно решить даже самую нехимическую задачу.

Можно вспомнить историю применения химического эффекта в изобретательской задаче, связанной с обычной лампой накаливания. В какой – то момент возникло неразрешимое противоречие, которое на долгое время застопорило развитие электрического света.  Всем было известно, что для улучшения качества свечения, при котором свет лампы стал бы более похожим на тот, который излучает солнце, необходимо увеличить температуру накаливания нити. Но чем больше увеличивалась температура вольфрама, тем быстрее испарялись частицы этого металла, вследствие чего нить истончалась и перегорала. Инженеры пытались найти решения, но огромное количество попыток не давало никаких результатов: внутри колбы стремительно появлялся налёт от испарения вольфрама, из–за которого света становилось только меньше, а лампа становилась только горячее и в конце концов перегорала. Получается, нужно было увеличивать температуру накала для увеличения свечения и одновременно этого делать было нельзя. Использовались различные сплавы металлов и легированные добавки, изменяли характеристики тока и температурный режим – безрезультатно. В конце концов нужно было просто понять, задать вопрос – а что же происходит в лампе? Из–за высокой температуры при накаливании нити атомы вольфрама начинают активно перемещаться в кристаллической решётке, отделяют и улетают на поверхность колбы. Законы физики не обмануть, но нужно подумать, каким образом можно вернуть атомы вольфрама на прежнее место, то есть образовать некий замкнуты цикл. Здесь и приходит на помощь химия.  Если добавить частицы брома в лампу, они начнут вступать в химическую реакцию с налётом вольфрама на колбе, образуя бромид вольфрама, который при испарении устремиться в зону с высокой температурой, произойдёт процесс распада частиц, и вольфрам осядет там, откуда он испарялся (Рис. 3). Вдобавок, частично разрушаясь, нить в процессе работы самовосстанавливается.  Огромный плюс в том, что этот процесс не потребляет никакой посторонней энергии, не требует каких – либо дополнительных элементов.

Рисунок. 3. Использование бромид вольфрама в лампах накаливания

В новых лампах накаливания, помимо брома, в роли “транспорта” используются и другие элементы – хлор, йод и даже вода. Обыкновенная капля воды в колбе – вот и всё решение этой задачи, над которой так долго бились учёные. Химический эффект, который так легко позволяет усмирять упрямые атомы и молекулы называется – химические транспортные реакции: твёрдые или жидкие вещества, вступая в реакцию с газообразными, в первый момент времени образуют только газообразные продукты, которые распадаются, выделяя исходное вещество, после перемещения в другую часть системы при повышении температуры. При этом перемещение может осуществляться как из холодной области в область с более высокой температурой, так и наоборот [2].

Изобретатель часто на психологическом уровне избегает применения химических эффектов, перебирая громоздкие решения, основываясь лишь на механических способах. Замечательным примером замещения механической операции химической можно считать изготовление металлизированной ткани, которая является проверенным решением для защиты от статического электричества. До применения химических эффектов на отдельные волокна наносили слой металлической плёнки, а затем на обыкновенных ткацких станках перерабатывали ткань. Но вскоре придумали новый способ изготовления металлизированной ткани: вводить металл при помощи транспортных реакций в уже изготовленную ткань, перематывая её с одного барабана на другой.

В заключении можно сказать, что применение химических эффектов в изобретательских задачах помогает найти необычные решения, казалось бы, невыполнимой идеи. Используя химические эффекты можно изменить физические свойства вещества гораздо сильнее и проще, чем с помощью механических действий. Практические применения химических эффектов непривычны изобретателю, который воспитывался на традиционной механике и физике, но химия как будто специально придумана для “обхода” устоявшихся законов физики.

Список литературы:

1. Петров В.И. Алгоритм решения изобретательских задач. Учебное пособие. –М.: Тель-Авив, 1999. – 16 с.
2. Селюцкий А.Б. Нить в лабиринте. – М.: Карелия, 1998. – 55 с.