7.1. Подкласс 5.1. Введение веществ

Стандарт 5.1.1. Обходные пути

Если нужно ввести в систему вещество, а это запрещено условиями задачи или недопустимо по условиям работы системы, то следует использовать обходные пути:

1. Вместо вещества используют «пустоту».

Пример 7.1. Губка из нанотрубок

Ученые из университетов Райса и Пенсильвании создали макроскопические губки из углеродных нанотрубок, многократно пересекающихся между собой.

Пустоты в губке занимают более 99%. При этом материал оказался супергидрофобным. Он не тонет в воде, но оказался олеофильными, хорошо впитывая масла в количестве свыше 100 граммов на 1 г собственного веса99.

Пример 7.2. «Ничто» в информатике

В программировании, «nothing» (в VB.Net), или «null» (в C, C#, Java, и др), None (в Python), nil (в Ruby, Lisp) используется как ключевое слово, представляющее неинициализированную переменную, указатель или ссылку, не относящуюся ни к одному объекту. Аналогичным образом, в SQL null является символическим представлением отсутствия данных.

Большинство языков ассемблера имеют инструкцию «нст операциии NOP (часто с числовым значением нуль) — команду, которая предписывает ничего не делать.

В UNIX-подобных ОС существует специальный файл /dev/null, представлящий собой «обойяю устройство100.

2. Вместо вещества вводят поле.

Пример 7.3. Голосование

Обычное голосование заменили электронным голосованием.

Идентификация личности происходит по биометрическому образу.

Процесс голосования значительно убыстряется, удешевляется и исключается фальсификация результатов101.

Пример 7.4. Сварка листов

При сварке электрод перемещают механически. Можно вообще не тратить время на перемещение электродов, если их расставить заранее в нужном месте на расстоянии, меньшем, чем тепловое пятно. Каждый из электродов подсоединяется к источнику питания и последовательно включается. Таким образом, дуга движется, а электроды стоят на месте102.

3. Вместо внутренней добавки используют наружную.

Пример 7.5. Стая

Если в стае животных в зоопарке нет альфа-самца или он погиб, то идет острая борьба за лидерство. Иногда такая борьба не приносит успехов — не находится сильнейшего, в таком случае его приводят со стороны. Он быстро наводит порядок в стае, и никто не смеет ему перечить.

4. Вводят в очень малых дозах особо активную добавку.

Примечание:

Символ «µ» — «микро» — малое количество.

Затемнение квадрата показывает увеличение активности добавки — очень активная добавка.

Пример 7.6. Гомеопатия

Гомеопатия использует сильно разведенные вещества.

Задача 7.1. Проверка лекарств

Условие задачи

Каждый день в мире синтезируются новые лекарства. Все они должны быть проверены. Чаще всего действия лекарственных препаратов проверяют на разных животных. Но это долго и дорого, нужны большие дозы вещества. Как быть, если надо проверить новые лекарства, а их синтезировано очень мало. Как проверить, действуют ли они вообще?

Разбор задачи

Воспользуемся стандартом 5.1.1.4.

Решение

Проверку на чувствительность новых лекарств зачастую проводят на пауках. Под действием лекарств у них легко обнаружить ошибочные действия: конструкция сети — это точный отчет о функциональном состоянии нервной системы паука. Даже при ничтожных лекарственных дозах они начинают плести «лестиютенныхм сети.

5. Вводят в очень малых дозах обычную добавку, но располагают ее концентрированно — в отдельных частях объекта.

Примечание:

Символ «К» — концентрированно.

Пример 7.7. Контакты

В разнообразных электрических и электронных приборах контакты делали полностью из серебра или золота. Теперь серебром и золотом покрывают только непосредственно контактирующие части.

Задача 7.2. Выведение пятна

Условие задачи

На каком-то объекте появилось нежелательное пятно.

Можно обработать весь объект специальным веществом, но оно может испортить объект.

Как быть?

Разбор задачи

Воспользуемся стандартом 5.1.1.5.

Решение

Обрабатывают только место, где имеется пятно, концентрированным веществом.

6. Добавку вводят на время.

Примечание :

Символ «t» — временно.

Пример 7.8. Дорожный каток

Дорожный каток предназначен для уплотнения дорожного покрытия, например при укладке асфальта. Для этого массу катков делают достаточно большой, но во время доставки катка на место перевозится большой груз и происходят лишние затраты энергии.

Чтобы избежать лишних затрат энергии, было предложено перевозить пустую бочку, а когда нужно укатывать дорогу, ее заполняют водой или песком.

Пример 7.9. Пищевая добавка

На время беременности домашним животным вводится добавка рыбьего жира, например печени акулы103.

7. Вместо объекта используют его копию (модель), в которую допустимо введение добавки.

Задача 7.3. «Фальшивые яйца»

Условие задачи

Кукушки безбожно паразитируют на других птицах, подкладывая в их гнезда по одному яйцу. При этом многие птицы чужого яйца не замечают. Как кукушкам удаётся так замаскировать свои яйца?

Разбор задачи

Воспользуемся стандартом 5.1.1.7.

Решение

За многие века паразитизма кукушки приобрели богатый опыт. Во-первых, при относительно крупных размерах тела кукушки несут мелкие яйца весом около 3 г. Во-вторых, кукушки умело подделывают расцветку своего яйца под окрас хозяйских. Есть версия, что каждая кукушка «укециализируетсяи на подкладке яиц только к определенным видам воробьиных птиц. А чтобы наседка не заметила прибавления в гнезде, кукушка взамен своего выбрасывает или съедает одно из ее яиц. Вот такой птичий криминал.

Пример 7.10. Разработка судов

Прежде чем строить судно, сначала испытывают его модель в бассейне.

8. Добавку вводят в виде химического соединения, из которого она потом выделяется.

Пример 7.11. Пластификация древесины

Пластификации древесины осуществляется обработкой аммиаком и в процессе работы поверхности трения древесины пропитывают солями, разлагающимися при температуре трения, например,

(Н₄) ₂СО₃.104

9. Добавку получают разложением внешней среды или самого объекта, например электролизом, или изменением агрегатного состояния части объекта или внешней среды.

Пример 7.12. Защита информации

Для защиты передаваемой информации ее разлагают на составляющие, смешивают с белым гауссовским шумом. Каждая составляющая, смешанная с шумом, передается по отдельности. На приемном конце информация фильтруется, отделяя полезный сигнал от шума, и соединяется с использованием уникального ключа.

Пример 7.13. Электролиз

Снятие металла с катода, полученного электролизом, требует много усилий и часть металла остается на катоде. Для этого катод покрывают защитным слоем, ослабляющим сцепление катодного остатка с материалом катода. Однако этот способ загрязняет электролит и катодный осадок и, кроме того, покрытие не обеспечивает равномерного сцепления катодного осадка с основой по всей площади катода и сдирка осадка остается трудоемкой операцией.

Предложено катод покрывать рыхлым губчатым слоем осаждаемого металла, который наносят в режиме предельного тока105.

Стандарт 5.1.2. «Раздвоение» вещества

Если дана система, плохо поддающаяся нужным изменениям, и условия задачи не позволяют заменить инструмент или ввести добавки, вместо инструмента используют изделие, разделяя его на части, взаимодействующие друг с другом.

Пример 7.14. Нагрев потока воздуха

Два потока воздуха пропускают через нагревательное устройство навстречу друг другу и формируют общий поток нагретого воздуха путем слияния встречных потоков106.

Пример 7.15. Подзарядка электромобиля

Для подзарядки электромобиля используется поток встречного воздуха, который раскручивает крыльчатку, кинематически связанную с электрогенератором107.

5.1.2.1. Увеличение степени управляемости частицами

Если же в систему входит поток мелкодисперсных частиц и надо увеличить степень управления этими частицами, поток следует разделить на части, заряженные одноименно и разноименно. Если весь поток заряжен одноименным электричеством, то противоположный заряд должна нести одна из частей системы.

Пример 7.16. Искусственный снег

Для получения искусственного снега в камере смешения в охлажденный сверхзвуковой поток воздуха распыляют воду и жидкую углекислоту, заряженные разноименно. Охлаждение осуществляют адиабатическим расширением108.

Пример 7.17. Газированные напитки

При изготовлении газированных напитков на купаж и жидкий диоксид углерода воздействуют статическими зарядами противоположных потенциалов. Это позволяет стабилизировать технологические свойства напитка при хранении109.

Стандарт 5.1.3. Самоустранение отработанных веществ

Введенное в систему вещество — после того, как оно сработало — должно исчезнуть или стать неотличимым от вещества, ранее бывшего в системе или во внешней среде.

Пример 7.18. Многоступенчатая ракета

В многоступенчатой ракете с внешними топливными емкостями после исчерпания топлива в них они отделяются от основной ракеты.

Стандарт 5.1.4. Введение больших количеств вещества

Если нужно ввести большое количество вещества, а это запрещено условиями задачи или недопустимо по условиям работы системы, в качестве вещества используют «пустоту» в виде надувных конструкций или пены.

Примечания.

1. Применение надувных конструкций — стандарт на макроуровне. Использование пены — тот же стандарт на микроуровне.

2. Стандарт 3.1.4 часто используют совместно с другими стандартами.

Пример 7.19. Радиолокационный отражатель

Радиолокационный отражатель выполнен из надувных баллонов, собранных в форме октаэдра. Внутри расположен отражающий элемент110.

Пример 7.20. Защита от коррозии

Для защиты от коррозии скрытых полостей кузова автомобиля внутренний объем скрытых полостей заполняют под давлением аэрозолем пенопласта на основе пенополиуретана для полной герметизации объема с последующим самоотверждением111.