Наука побеждать: задачи с двумя неизвестными

В рассмотренные ранее задачах содержалась одна неизвестная - искомый результат. В науке и технике часто встречаются задачи, в которых не только неизвестен искомый результат, но даже причина возникновения задачи. Вот пример подобной задачи с двумя неизвестными, с которой в свое время пришлось столкнуться преподавателю ТРИЗ, инженеру В.В.Митрофанову.

Задача N41:

На заводе, выпускающем микросхемы, началась таинственная "эпидемия". Проверенные и упакованные микросхемы перевозили из одного цеха в другой. И там, на входном контроле, обнаруживалось, что в части из них произошел электрический пробой. После тщательной проверки удалось выяснить, что... люди и проверочное оборудование к этому не причастны. Как же устранить возникший брак?

В.В.Митрофанов предложил простой прием, позволяющий использовать знания ТРИЗ для решения таких задач. Суть его в том, чтобы вместо попыток понять, что же происходит, надо переформулировать задачу наоборот, т.е. ответить на вопрос: что надо сделать, чтобы намеренно получить наблюдаемое явление, используя только его естественные ресурсы.

Для обратной задачи можно сформулировать противоречие типа: объект должен иметь одно состояние (свойство), чтобы наблюдаемое явление действительно происходило, и объект должен иметь противоположное состояние (свойство), чтобы не противоречить ранее установленным фактам. Возможный обратный ИКР, или антиИКР: явление происходит САМО собой, без искусственного вмешательства извне, или: объект САМ принимает противоположные состояния. Таким образом, дальнейший ход решения аналогичен ходу решения ранее рассмотренных задач. Позднее специалисты по ТРИЗ Б.Л.Злотин и А.В.Зусман назвали этот прием обращением исследовательской задачи.

Вернемся к задаче о микросхемах. Суть обратной задачи: надо сделать так, чтобы микросхемы пробивались без вмешательства со стороны человека и приборов. Пробой микросхемы возможен только при подаче на ее выводы повышенного напряжения. Противоречие: на выводы надо подавать повышенное напряжение, чтобы вызвать пробой микросхемы, и не надо подавать, т.к. никто к этому не причастен. Анти-ИКР задачи: электрический заряд САМ возникает на выводах во время транспортировки микросхем. Как получить заряды, используя только имеющиеся ресурсы - микросхемы, упаковку, средство перевозки? Школьных знаний для этого достаточно: заряды могут возникать при трении. И действительно, упаковка оказалась пластмассовой, экспериментальная проверка подтвердила предположение. Зная причину пробоя, можно легко ее устранить.

Вспомним задачу N20 о жуке-бомбардире. Надо сделать так, чтобы жук не мог обжечься собственным кипятком. Сформулируем противоречие: струя выстреливаемой жидкости должны быть кипящей, чтобы отпугивать врагов, и она должна быть холодной, чтобы жук не сварился в ней. Его можно разрешить в пространстве. То есть внутри жука жидкость холодная, а снаружи - горячая. Анти-ИКР: жидкость САМА закипает, оказавшись на воздухе. Как это можно сделать?

Нетрудно догадаться, что загадка жука кроется в экзотермических реакциях. Некоторые жидкости могут закипать, вступая в реакцию с кислородом воздуха или с другими высокоактивными жидкостями. В природе оказалось реализовано второе решение: жук стреляет струями горючего и окислителя.

Сформулируем противоречие для обратной задачи N36: бактерии должны находиться на поверхности, чтобы вызвать повторную вспышку эпидемии, и они должны находиться глубоко под землей среди останков овец, чтобы сохранять активность. Анти-ИКР: бактерии САМИ поднимаются на поверхность. Но они не способны на это. Следовательно, надо выявить ресурсы почвы, которые могут способствовать их выносу на поверхность. Пастер предположил, что роль переносчика могут выполнять черви. Эксперимент на морских свинках подтвердил его идею.

Сформулируем обратную задачу для загадочного порта Амнис (задача N35): надо сделать так, чтобы порт не нуждался в хорошей якорной стоянке. Противоречие: хорошая якорная стоянка должна быть, чтобы суда могли спокойно стоять под разгрузкой, и ее не должно быть, чтобы это соответствовало действительности. Разрешить его можно во времени или в пространстве. Во времени: в древние времена гавань порта могла быть хорошо защищена, а затем, вследствие геологических катаклизмов, разрушилась. В пространстве: порт Амнис должен служить только приемником грузов, а разгрузка судов должна вестись в другом, защищенном месте.

Первое не подтвердилось. Ж.-И.Кусто предположил, что промежуточным портом мог быть небольшой островок Дия, изобилующий множеством глубоких бухт и расположенный неподалеку от Крита, и с которого грузы на лодках могли перевозиться в Амнис. Подводные изыскания действительно привели к открытию древнего порта на Дие и подтвердили вывод Кусто.

Обратная задача N39: надо сделать так, чтобы концы цепей в принципе не могли перепутываться при расплетании молекулы ДНК. Противоречие: концы цепей должны расплетаться, чтобы происходило разделение ДНК на две цепи, и не должны расплетаться, чтобы не перепутываться. АнтиИКР: цепи ДНК САМИ расплетаются, несмотря на скрепленные концы.

Это почти готовый ответ. В 1964 году биолог Фонг предположил, что разрыв связей между цепями начинается в средней точке двойной спирали, т.е. цепи расплетаются от середины к краям, а не наоборот (см. рис.47). Таким образом их концы остаются скрепленными вплоть до полного разделения цепей.

Рис. 47.

Загадка эффекта Рассела (задача N37) оставалась неразгаданной около 70 лет, пока ее не раскрыл В.В.Митрофанов. Он попытался решить обратную задачу: как должны себя вести атомы водорода, чтобы долететь до фотопластинки. Сформулировал противоречие: атомы водорода должны объединяться в молекулы, чтобы долететь до пластинки, и не должны, чтобы воздействовать на нее. Анти-ИКР: атомы водорода САМИ возникают в непосредственной близости от пластинки. Он разрешил это противоречие во времени: атомы водорода объединяются в возбужденные молекулы, и те отправляются в дальний путь; у фотопластинки под действием поверхностных сил возбужденные молекулы легко распадаются на атомы, и те вызывают засветку (см. рис.48).

Рис. 48.

Алмазные этюды: взгляд за горизонт

В один из долгих зимних вечеров в "Эврике" разгорелась жаркая дискуссия, начавшаяся с простого, казалось бы, вопроса: "Что стал бы делать каждый из нас, если бы эксперименты по синтезу алмаза - предположим - завершились успехом?"

Сперва разговор принял шутливый оборот, но вскоре "новоявленные нувориши" принялись серьезно обсуждать возможные новые направления творческого поиска и конкретные творческие Цели, которые могли бы быть поставлены, исходя из уже полученных результатов по первой Цели. Вот несколько примеров.

При любом исходе работ с "алмазной трубой" полученные промежуточные результаты позволяют заняться детальной разработкой простых установок для синтеза и выращивания крупных высококачественных кристаллов алмаза (см. главу 5, "Затяжное приключение").

В 1975 году советский ученый Л.В.Верещагин обнаружил, что при давлении в 1 млн. атмосфер и температуре -58°С лед переходит из полупроводникового состояния в металлическое. Спустя 11 лет другие советские исследователи обнаружили, что при давлении 2,5 - 3 млн. атмосфер и температуре -248°С лед переходит в сверхпроводящее состояние!

Такие результаты получены при воздействии на вещество двух факторов - давления и температуры. Можно только догадываться, какие удивительные открытия могут быть сделаны при одновременном воздействии нескольких сверхфакторов (температура, электромагнитные излучения, статические и динамические давления и т.д.)! И тут наша установка может быть использована в качестве простого исследовательского инструмента.

В перспективности подобных систематических исследований убеждают и другие факты. Например, открытие явления аномально низкого трения, возникающего при совместном воздействии сверхнизкого давления (вакуума) и ионизирующих излучений. Возможно, что и поиски "горячей" сверхпроводимости также должны вестись в направлении совместных сверхвоздействий.

3. До сих пор в развитии техники преобладает тенденция к созданию "стабильной" техники, т.е. независимой от внешних условий. Для работы в различных жестких условиях (высокие-низкие давления, высокие-низкие температуры, ионизирующие излучения, агрессивные среды и т.п.) приборы и машины защищают с помощью различных технических ухищрений.

А что если пойти обратным путем - создавать заведомо "нестабильную" технику!, технику, изготовленную из материалов и веществ, обретающих нужные свойства только в условиях эксплуатации (например, лед-сверхпроводник при сверхвысоком давлении). Так, сейчас электронику для космических аппаратов пытаются либо защищать от ионизирующих излучений, либо делать ее нечувствительной к ним (например, на основе алмазов). Представим себе некий материал, который становится полупроводником только в условиях вакуума и излучений! Электронные приборы на его не надо защищать от внешних условий, ибо из врага они превращаются в верного союзника.

Используя принцип "нестабильности", можно получать огромный выигрыш в простоте конструкций, в весе, размерах...

При создании модели алмазной трубы пришлось решать задачу о предохранении камеры от действующего изнутри огромного давления. В технике нередко возникает обратная задача...

Так, при погружении батискафа "Триест" на дно Марианской впадины - глубочайшей точки мирового океана - всего 4% времени было затрачено на ее исследование. Остальное время (свыше 8 часов) ушло на погружение и всплытие. Почему?

Стальной толстостенный шар весом 10 тонн защитил исследователей от колоссального давления воды в 1100 атмосфер. Но для придания плавучести этой махине пришлось ее прикрепить к поплавку с бензином емкостью 100000 литров! Трудно предложить лучший тормоз для спуска и всплытия.

Задача N42:

Для повышения маневренности подводного аппарата надо использовать легкую, следовательно, тонкостенную кабину. Но такая кабина не выдержит давления воды. Повышать давление воздуха в кабине для компенсации внешнего давления нельзя. Необходимо предложить идею легкой кабины, выдерживающей максимальное давление океанских глубин. Как быть?

Как это не странно, но для решения этой задачи вполне достаточно современных знаний. Проверьте свои силы.

Физика высоких давлений изучает их воздействие на вещество. Но первой работой основателя этого научного направления П.У.Бриджмена было исследование влияния высокого давления на животный белок. Результаты ошеломляли - белок свертывался, как если бы его варили в крутом кипятке.

В связи с этим до середины XX века считалось, что жизнь на больших глубинах океана невозможна. А в 1951 году датская океанографическая экспедиция извлекла с глубины 10 километров образцы морских животных. Акванавты батискафа "Триест" на дне Марианской впадины обнаружили живую рыбу.

Какие удивительные "изобретения" сделала природа, чтобы живые организмы приспособились к таким давлениям?!

Известно, что жизнь существует и при других экстремальных условиях, например, без кислорода, при высоких температурах.

Систематичное изучение этих и других приспособлений жизни к экстремальным условиям позволит глубже понять законы биологической эволюции. И, может быть, научиться "на кончике пера" предсказывать возможный ход эволюции в других мирах.

Кто знает, быть может в далеком будущем эти знания позволят усовершенствовать "конструкцию" самого человека, и он сможет свободно жить в открытом космосе, как на Земле?..

На этом автор счел возможным закончить рассказ об алмазных экспериментах, которые пока еще далеки от завершения. Испытания действующей модели установки "Искусственная алмазная труба" подтвердили правильность полученных решений. Это важный промежуточный результат. Однако достигнутые параметры пока не позволяют начать собственно эксперименты по синтезу.

И причиной тому вовсе не технические трудности: найдены решения, позволяющие повысить рабочее давление в камере до 70000 атмосфер, с высокой точностью задавать требуемое статическое давление (задача А-15) в диапазоне от нуля до максимума, и многие другие.

Ребята из "Эврика-1", начинавшие эту интереснейшую работу, окончили школу и теперь им предстоит сделать уже не "учебный", а реальный выбор своего жизненного пути. Каков он будет? - покажет время. Следующая команда "Эврика-2", по-видимому, примет начатую эстафету.

Предстоят огромные исследования совместного воздействия статических и динамических давлений на графит. А далее можно переходить к моделированию не только физических, но и химических условий в алмазной трубе. Работа, интересная даже вне связи с попытками синтеза алмазов. Но не это главное!!!

Работа над "учебной" творческой Целью была игрой, но Игрой, достойной современных школьников. Ее главные сверхЦели: доказать себе и другим, что дорога в творчество открыта каждому, что можно и нужно поверить в свои силы, в свой, может быть, еще скрытый талант, что можно и нужно ставить перед собой смелые творческие Цели, и, наконец, что именно такая Игра - реальная творческая работа на пределе своих сил - очень эффективный способ творческого саморазвития.

Насколько нам это удалось, судить читателю.

Игра станет во много более эффективной, если, минуя "учебную" Цель, сразу начать к поиски СВОЕГО творческого пути.


Разделы:Скорочтение - как читать быстрее | Онлайн тренинги по скорочтению. Пошаговый курс для освоения навыка быстрого чтения | Проговаривание слов и увеличение скорости чтения | Угол зрения - возможность научиться читать зиг-загом | Концентрация внимания - отключение посторонних шумов Медикаментозные усилители - как повысить концентрирующую способность мозга | Запоминание - Как читать, запоминать и не забывать | Курс скорочтения - для самых занятых | Статьи | Книги и программы для скачивания | Иностранный язык | Развитие памяти | Набор текстов десятью пальцами | Медикаментозное улучшение мозгов | Обратная связь