Эволюция и изобретатель

Новые идеи, которые появились при составлении первой иерархии АТИ

.

Продолжим более подробное описание иерархии идей для случая, когда нас интересует твердое тело, сквозь которое проходят другие тела. В основном тексте мы ограничились случаем: АТИ 3.4.1. 2.4 1.1 - твердое тело, сквозь которое без его повреждения может пройти необратимо повреждаясь другое твердое тело

Рассмотрим сейчас варианты когда, сквозь твердое тело проходят тела гибридные: твердое плюс газообразное и твердое плюс жидкое

Варианты прохождения тел жидких и газообразных и гибридного тела "жидкое плюс газообразное" пока рассматривать не будем.

Итак, рассмотрим следующие варианты твердых тел, сквозь которые без его повреждения может пройти необратимо повреждаясь другое тело твердое плюс газообразное, например, порошок:

1. твердое тело со сквозными каналами, сквозь которые без его повреждения может пройти необратимо повреждаясь другое тело твердое плюс газообразное, например, порошок

2. твердое тело с открытыми порами, сквозь которые без его повреждения может пройти необратимо повреждаясь другое тело твердое плюс газообразное, например, порошок

3. порошок частиц твердого тела, (частицы сжаты в ограниченном объеме, например, в коробке, и не могут двигаться, так что порошок ведет себя как сплошное твердое тело с отверстиями) сквозь который без его повреждения может пройти необратимо повреждаясь другое тело твердое плюс газообразное, например, порошок

Путь первый: … можно продавливать другой порошок, который находится вне этой коробки и проходит ее насквозь выходя из нее

Путь второй: … можно продавливать другой порошок, который также находится в этом объеме. . Например, оба порошка находятся внутри шприца и на них давит поршень.

4. пучок палочек сделанных из твердого тела, (палочки сжаты в ограниченном объеме, например, в коробке, и не могут двигаться, так что пучок ведет себя как сплошное твердое тело, в торце которого есть отверстия образованные зазорами между палочками) сквозь который без его повреждения может пройти необратимо повреждаясь другое тело твердое плюс газообразное, например, порошок

Путь первый: … можно продавливать другой порошок, который находится вне этой коробки и проходит ее насквозь выходя из нее

Путь второй: … можно продавливать другой порошок, который также находится в этом объеме. Например пучок палочек находится внутри шприца, а продавливаемый порошок - между поршнем и торцом пучка.

Для того чтобы построить аналогичную иерархию для суспензии твердых частиц в жидкости, достаточно заменить слово газообразный на слово жидкий

После того как мы построим ПТИ-ПТС для всех этих случаев мы должны будем рассмотреть как можно использовать придуманные нами устройства для продавливания сквозь них других потенциально возможных гибридных тел, которые перечислены в следующем списке:

· Гибрид газообразного и твердого материала - это пористое твердое тело представляющее собой пузыри газа (поры) в сплошной фазе твердого материала

· Гибрид жидкого и твердого материала - это пористое твердое тело, которое погружено в жидкость так, что все поры этого тела заполнены жидкостью

· Гибрид двух несмешиваемых жидкостей - это эмульсия, представляющая собой капельки одной жидкости взвешенные в другой

· Гибрид жидкости и газа - это аэрозоль, туман, дождь, брызги и т.п.

· Гибрид газообразного и жидкого материала - это жидкость, в которой есть пузыри газа

Рассмотрим все перечисленные выше случаи

Твердое тело со сквозными каналами, сквозь которые без его повреждения может пройти необратимо повреждаясь другое тело твердое плюс газообразное, например, порошок

Идея тела с каналами внутри, в которые под давлением и в соответствии со способом, описанным в первичном изобретении, вдавлен порошок, например, пластичного материала в различных условиях, часть из которых в виде примеров описана ниже.

1. Если сделать, например, цилиндрическое тело, в котором есть несколько каналов по длине этого тела, то вдавливая в эти каналы порошок, размеры частиц которого больше, чем поперечное сечение канала, можно каждую частицу превратить в микропоршень, который перекрывает канал и движется внутри него.

Между соседними микропоршнями внутри одного канала всегда будет находится небольшой промежуток воздуха, потому что воздух будет проникать под давлением в полость между двумя соседними микропоршнями в течение того времени, которое понадобится частице, для того чтобы деформируясь перекрыть канал.

В результате такого впечатывания порошка внутрь этих каналов мы получим исходное тело, внутри которого образованы поры, в которых под давлением находится воздух.

Если порошок впрессовывать в условиях, когда между частицами находится сжатый под давлением газ достаточно высокой плотности и низкой температуры, то получится тело, у которого внутреннее давление на торцы можно увеличивать нагреванием этого тела.

Отличие от тела, в котором есть пустые каналы со сжатым воздухом, в том, что такое тело раздуется по центру стремясь превратиться в шар, а в нашем случае этого не будет. Кроме того такое тело не имеет запаса удлинения. В нашем случае мы фактически увеличим "потенциал термического удлинения тела", потому что из торцов такого тела полезет материал, который был спрятан внутри. Далее такому телу можно придать любую форму изогнув его на холоду, после того как оно изготовлено, но при нагревании оно все равно будет удлиняться с торцов выталкивая наружу материал микропоршней или растягивая торцевую стенку.

Можно сделать цилиндр и поместить его в зазор так, что при нагревании он расширит этот зазор и материал, выпихнутый из него наружу, превратится в лепешки по торцам цилиндра, которые уже не полезут обратно в каналы. В результате мы получим одноразовый домкрат, который имеет заданную величину удлинения и заданное усилие при нагревании до заданной температуры. Такую распорку можно вставлять в зазоры неудобной формы и с недоступными местами упора и затем нагревая стержень распирать этот зазор на необходимую величину.

Такие тела (например, стержни) могут быть заранее изготовляемым продуктом, например, одноразовыми распирающими "клиньями" желательной формы и размеров. Такое тело может расширяясь и увеличиваясь в объеме заполнить все неровности той полости, в которую оно помещено, в результате чего получится пробка, заткнувшая полость, или якорь, который позволит зацепиться за тело, в котором была эта полость.

Материал для такого тела с каналами и для порошка может быть различным, например металл, полимеры и тому подобное. Материал порошка может отличаться от материала тела с каналами.

2. Если тело имеет форму близкую к сферической, то отверстия в нем могут быть сделаны радиально, а порошок может быть запресован равномерно со всех сторон. В этом случае при увеличении внутреннего давления материал порошка будет выходить наружу равномерно со всех сторон. Если такое шаро-подобное тело поместить в полость неправильной формы, то оно заполнит всю полость. В частности это может быть новый способ "отливки" когда внутрь формы вначале легко помещают такое тело, а затем осуществляют уловия, при которых оно таким образом расширяется и заполняет все пустоты отливочной формы. При этом исходное твердое тело с каналами внутри окажется внутри оболочки из материала, который первоначально в виде порошка был упрятан внутрь каналов. Исходное тело будет работать как скелет внутри окончательного "изделия", поэтому этот скелет можно делать такой формы, чтобы он помогал функционированию "изделия". Например, создавал "усиление", как арматуры в железобетоне.

3. Количество, размеры и форму каналов, а также материал микропоршней и расстояния между ними можно сознательно варьировать так, чтобы получившееся композитное тело приобрело желательные механические, термические, магнитные, электрические, оптические и другие свойства.

4. Каналы исходного тела можно последовательно или одновременно заполнять микропоршнями изготовленными из различных метериалов.

5. Промежутки между микропоршнями могут быть заполнены различными газами, как чистыми, так и со взвешенными в них твердыми и/или жидкими частицами, суспензиями, эмульсиями, растворами, которые меняют свои свойства при внешнем воздействии, например, полимеризуются и превращаются в гелеобразное, пористое, мягкое или твердое тело, и их смесями.

6. Промежутки между микропоршнями могут быть заполнены различными газами, со взвешенными в них как пыль твердыми частицами газогенераторов, которые при нагревании полностью превратятся в газ увеличив давление между микропоршнями.

7. Если использовать не порошок, а суспензию порошка в жидкости, то промежутки между микропоршнями будут заполненны избранной жидкостью, которая может иметь различные свойства. Например при нагреве она может испаряться и увеличивать давление в промежутках между микропоршнями.

8. Можно использовать суспензию частиц двух или более размеров, так что мелкие частицы будут легко и не деформируясь проникать в прмежутки между микропоршнями. Эти частицы могут обладать такими, например, магнитными или электрическими или другими свойствами, которые необходимо придать телу с каналами. Если тело сделано из прозрачного материала, то микропоршни могут быть цветными. Взвешенные нано частицы, которые попадут в промежутки между поршнями также могут быть цветными, например, это могут быть квантовые точки (quantum dots).

9. Если порошок (суспензию) продавливать сквозь тело с каналами насквозь, то на выходе получится порошок (суспензия), в котором каждая частица представляет собой короткую палочку или удлиненную частицу, которая может иметь такое же сечение как канал, сквозь который она была продавлена. Такой порошок (суспензия), а также исходный порошок (суспензия) с добавками таких удлиненных частиц, могут иметь реологические и другие свойства отличные от свойств исходного порошка.

10. Если тело находится в условиях истирания то, выпирающий изнутри материал будет постоянно компенсировать это истирание и заполнять образующийся зазор, таким образом обеспечивая стабильность свойств в месте контакта и предупреждая, например, протечки через область этого контакта.

11. Порошок (суспензия) содержащий удлиненные частицы может иметь ярко выраженные электро- и магнито- реологические свойства и, соответственно, может быть использован как материал управляемый внешними магнитным и электрическими полями.

12. Интересны могут быть, также, оптические свойства суспензии с удлиненными частицами, особено в присутствии магнитных и электрических полей.

Идея тела с каналами внутри, в которые под давлением и в соответствии со способом описанным в первичном изобретении, вдавливают пористое твердое тело, поры которого заполнены или газом или жидкостью, в различных условиях, часть из которых в виде примеров описана ниже.

Гибрид газообразного и твердого материала - это пористое твердое тело представляющее собой пузыри газа (поры) в сплошной фазе твердого материала.

Гибрид жидкого и твердого материала - это пористое твердое тело, которое погружено в жидкость так, что все поры этого тела заполнены жидкостью

1. Такие тела при продавливании сквозь порошок в том случае, если поры открытые (то есть из каждой поры можно выйти из тела наружу), по видимому, будут вести себя как сплошное тело, структура которого ослаблена пустотами, так что ему будет легче деформироваться и протискиваться сквозь пустоты в сборном теле. Возможности использования такого процесса должны быть очень близки тому, что мы уже описали для порошка.

2. В том случае, если поры закрытые, газ и жидкость будут втиснуты внутрь пустот сборного тела. С точки зрения создания микропоршней, которые затем надо будет выпихнуть наружу, такое тело с закрытыми порами может быть более эффективно, чем порошок, однако размеры этих микропоршней будут варьировать больше, чем в случае порошка.

3. Если между микропоршнями находится жидкость, то она может быть электропроводящей, и тогда канал заполненный таким чередованием электропроводящих жидкости и материала порошка может работать как проводник электрического тока.

4. Надо рассмотреть вариант, когда само тело сделано из протон-проводящего полимерного материала, а каналы заполнены электрон проводяшим материалом. Такая композитная пленка как раз то, что надо для изготовления устройств, которые превращают воздух в "бескислородный воздух" (практически - в азот с примесями других газов)

5. Можно сделать и наоборот, металлическая пленка с отверстиями каналами, в которые впресован протон-проводящий материал. Не будет ли в такой пленке возникать дополнительная электростатическая сила, которая будет стремиться равномерно распределить положительные заряды (протоны) по длине канала?

Идея тела с каналами внутри , в которые под давлением и в соответствии со способом описанным в первичном изобретении вдавливают эмульсию, в различных условиях, часть из которых в виде примеров описана ниже.

Гибрид двух несмешиваемых жидкостей - это эмульсия, представляющая собой капельки одной жидкости взвешенные в другой

1. Очень интересно, что такой фильтр при достаточно большой площади и при таких промежутках между телами в "сборном теле", когда они правильно соответствуют размерам капелек в эмульсии может заработать (при правильно подобранной скорости прохождения жидкости сквозь фильтр) как расслаиватель эмульсии. Например, если фильтр гидрофобный и достаточно толстый, то вода сквозь него проходить не будет, а капельки масла сливаясь на фильтре в сплошную фазу будут. Вода сможет только проникать в такой фильтр на определенную глубину и эта глубина будет колебаться около некоторого положения равносвесия до тех пор, пока все капельки масла из эмульсии не будут удалены. Фактически, внутри такого сборного тела должен образоваться противоток, когда вода местами заходит внутрь этого фильтра, а местами выходит, тогда как маслянная фаза движется только насквозь. Это очень интересный и неожиданный эффект, его имеет смысл проверить и теоретически и экспериментально и в патентном фонде (есть ли что-то подобное?), Это фактически очистка воды от гидрофобной жидкости и, более того, это очистка воды с помощью взвеси гидрофобной жидкости, которая заберет в себя из воды гидрофобные молекулы (жидкостная экстракция) и унесет их с собой.

Идея тела с каналами внутри , в которые под давлением и в соответствии со способом описанным в первичном изобретении вдавливают или газ с капельками жидкости или жидкость с пузырями газа, в различных условиях, часть из которых в виде примеров описана ниже.

Гибрид жидкости и газа - это аэрозоль, туман, дождь, брызги и т.п.

1. Если такой фильтр поставить в трубке и правильно подобрать все размеры, то все капельки будут собираясь на фильтре заполнять его, после чего воздух вытеснит эту дозу жидкости, и она пойдет в трубе как доза, отделенная от предыдущей и следующей дозы воздушным промежутком. В условиях, когда в воздухе или в жидкости, например, меняется молекулярный состав, так можно определять по дозам эти изменения, фиксируя присутствие молекул в последовательно идущих дозах воды.

Гибрид газообразного и жидкого материала - это жидкость, в которой есть пузыри газа

1. Аналогично предыдущему, если такой фильтр поставить в трубке, и правильно подобрать все размеры, то все пузырьки будут собираясь на фильтре, заполнять его, после чего жидкость вытеснит эту дозу воздуха, и она пойдет в трубе как доза, отделенная от предыдущей и следующей дозы жидким промежутком.

Идея твердого тела с открытыми порами, сквозь которые без его повреждения может пройти необратимо повреждаясь другое тело твердое плюс газообразное, например, порошок

1. Пористое тело с открытыми порами широко используют как носитель катализатора, который обрабатывает пропускаемые сквозь это пористое тело газы и жидкости. Если попытаться сквозь такое тело продавить другое сплошное тело, то оно забьет все поры, и в какой то момент все внешнее давление начнет распределяться на все тело так, что оно будет реагировать на внешнее давление уже как сплошное тело и деформируясь может перестать впускать в свои поры вдавливаемое тело.

Если использовать порошок, то его частицы будут проникать в поры каждая сама по себе, и между ними как между микропоршнями будут промежутки заполненные газом или жидкостью. Можно ожидать, что внутри пористого тела образуются некие направления соединяющие группу пор, по которым, как по неправильной формы каналам, будут двигаться микропоршни. Такая обработка пористого тела приведет к тому, что его поверхность будет полностью забита материалом, из которого сделан порошок, а внутри часть пор останется недоступной для частичек, тогда как все частички будут двигаться одна за другой по некоему каналу, образованному цепочкой наиболее крупных пор. Поскольку между микропоршнями есть промежутки, то они будут соединены с остальными порами, по которым воздух или жидкость будут проходить насквозь. В результате, каждый микропоршень сможет сдвинутся только, когда предыдущий подойдет к нему вплотную; получится что все поршни будут идти впритык . Они могут не слипнуться торцами, и поэтому после выхода наружу развалятся на отдельные палочки, а могут и не развалиться.

Интересно как можно использовать такое пористое тело, которое таким образом забито порошком?

Например, это может быть широкая и не очень толстая пористая пластина, в которую с двух сторон одновременно вдавливают один и тот же или разные порошки. Пластина может быть изолятором, а два внешних слоя порошка могут быть электродами. В этом случае процесс можно продолжать до тех пор, пока некоторое количество материала порошка не пройдет насквозь и не прикоснется к противоположному электроду, что немедленно можно обнаружить. После этого можно давить до тех пор пока сопротивление такого контакта не станет желаемым.

Преимущество такого способа по сравнению с продавливанием жидкого металла может быть в простоте. Манипулировать с расплавленным металлом, например, золотом не так-то просто. А суспензия нано или микро частиц того же золота это фактически просто "подкрашенная водичка". Пропускание ее под давлением сквозь пористую пластину приведет к тому, что в какой-то момент вся жидкость пройдет насквозь, а частицы золота образуют на поверхности слой, который начнет под давлением деформироваться и золото станет проникать внутрь пор.

Комментарий.

Нас интересуют два основных отличия "сборного тела" с промежутками между телами, из которых это "сборное тело" собрано, от сплошного тела с отверстиями:

· Сборное тело позволяет легко организовать такие варианты взаимного расположения, размеров и формы пустот, которые трудно или невозможно организовать в случае сплошного неразборного твердого тела

· Сборное тело можно легко удалить, освободив деформированные частицы порошка. Например, если частички порошка и шарики сборного тела не прилипают к друг другу, то достаточно убрать формообразующие силы, которые удерживали частицы порошка вместе, и вся конструкция рассыпется на отдельные шарики и удлинненые частицы порошка. Достать такие удлиненные частицы из внутренних пор или отверстий твердого тела не так просто.

Идея использовать пучок палочек сделанных из твердого тела, (палочки сжаты в ограниченном объеме, например, в коробке, и не могут двигаться, так что пучок ведет себя как сплошное твердое тело, в торце которого есть отверстия образованные зазорами между палочками), сквозь который без его повреждения может пройти необратимо повреждаясь другое тело твердое плюс газообразное, например, порошок

· Путь первый: … можно продавливать другой порошок, который находится вне этой коробки и проходит ее насквозь выходя из нее

· Путь второй: … можно продавливать другой порошок, который также находится в этом объеме. Например, пучок палочек находится внутри шприца, а продавливаемый порошок - между поршнем и торцом пучка

В основном тексте книги мы рассмотрели случай, когда порошок, сквозь который продавливается другой более мягкий порошок, специальным образом организован в виде слоев. Мы также ограничились случаем, когда конечным продуктом такой процедуры является щетка.

Нас интересуют два основных отличия "сборного тела" с промежутками между телами, из которых это "сборное тело" собрано, от сплошного тела с отверстиями:

· Сборное тело позволяет легко организовать такие варианты взаимного расположения, размеров и формы пустот, которые трудно или невозможно организовать в случае сплошного неразборного твердого тела

· Сборное тело можно легко удалить, освободив деформированные частицы порошка. Например, если частички порошка и шарики сборного тела не прилипают к друг другу, то достаточно убрать формообразующие силы, которые удерживали частицы порошка вместе, и вся конструкция рассыпется на отдельные шарики и удлинненые частицы порошка. Достать такие удлиненные частицы из внутренних пор или отверстий твердого тела не так просто.

Построение иерархий АТИ для тех новых формулировок изобретения, которые были получены выше при оценке новизны изобретения.

Можно сформулировать предметы изобретения следующим образом:

· Нано- или микро-щетка, тело которой представляет собой композитное тело, образованное одним или несколькими слоями твердых шариков, промежутки между которыми заполнены тем материалом, из которого сделаны щетинки.

· Вышеописанная щетка в таком состоянии, когда она еще не вынута из держателя, который является частью устройства обеспечивающего экструзию.

· "Многодырчатая фильера" (сборное тело, составленное из множества тел, сжатых формообразующей силой так, что они контактируют и при этом между ними остаются полости), которая устроена таким образом, что позволяет получать выше описанные нано- или микро-щетки.

Для того чтобы построить иерархию абстрактных идей, к которой принадлежит какая-либо конкретная идея, удобно вначале превратить эту идею в комплект из трех идей, отвечающих на следующие вопросы. Что собой представляет рассматриваемая система, как ее можно изготовить, и как она работает? После этого для каждой идеи этого комплекта надо построить свою иерархию.

Поскольку нашей целью является построение по возможности полной иерархии, необязательно начинать с самой конкретной или с самой абстрактной идеи. Если это легче, можно начать с любой абстрактно-технической идеи, которая в конечной иерархии окажется где-нибудь в середине.

Предмет изобретения: нано- или микро щетка

Что собой представляет?

Надо построить иерархию абстрактных идей, частью которой является следующее описание:

"Нано- или микро-щетка", тело которой представляет собой композитное тело, образованное одним или несколькими слоями твердых шариков, промежутки между которыми заполнены тем материалом, из которого сделаны щетинки

Это описание является одним из этапов конкретизации абстрактно-технической идеи "щетка" и мы построим его ниже.

Как ее можно изготовить?

Надо построить иерархию абстрактных идей, частью которой является следующее описание:

Пластичный материал надо продавить сквозь первый слой "многодырчатой фильеры" таким образом, чтобы он заполнил все пустоты в первом слое, а в промежутках между более крупными телами следующих слоев образовал нитевидные тела

Это описание является одним из этапов конкретизации рассмотренной выше абстрактной идеи "тело проходит сквозь дырки в другом сборном теле, составленном из нескольких тел прижатых к друг другу", поэтому мы не будем с ним работать.

Как она работает?

Надо построить иерархию абстрактных идей, частью которой является следующее описание:

"Нано- или микро-щетка" работает как составная часть сложной системы, которая может содержать в своем составе различные подсистемы.

Построить такую иерархию невозможно без учета специфики других систем, совместно с которыми работает рассматриваемая щетка. Для этого надо рассмотреть все известные варианты применения щеток, и для каждого из них определить ту систему, частью которой оказывается наша щетка в процессе такого применения, и построить иерархию для такой системы. Весь мой опыт подсказывает, что в результате этого будут найдены новые идеи. К нашему взаимному облегчению спешу сообщить, что в формате этой книги мы этого делать не будем.

Предмет изобретения: нано- или микро щетка в таком состоянии, когда она еще не вынута из держателя, который является частью устройства обеспечивающего экструзию

Что собой представляет?

Надо построить иерархию абстрактных идей, частью которой является следующее описание:

"Нано- или микро-щетка" (тело которой представляет собой композитное тело, образованное одним или несколькими слоями твердых шариков, промежутки между которыми заполнены тем материалом, из которого сделаны щетинки) в таком состоянии, когда она еще не вынута из держателя, который является частью устройства обеспечивающего экструзию

Построить такую иерархию невозможно без учета специфики держателя и устройства, которое обеспечивает экструзию. Двигаться в этом направлении было бы слишком большим отвлечением от основной темы этой книги, поэтому мы не будем этого делать

Как ее можно изготовить?

Надо построить иерархию абстрактных идей, частью которой является следующее описание:

Пластичный материал надо продавить сквозь первый слой "многодырчатой фильеры" таким образом, чтобы он заполнил все пустоты в первом слое, а в промежутках между более крупными телами следующих слоев образовал нитевидные тела. После этого надо вытащить щетку из "многодырчатой фильеры так, чтобы она осталась закрепленной в держателе таким образом, чтобы после удаления щетинок тело щетки можно было присоединить к оставшейся части "многодырчатогй фильеры" и повторить экструзию для получения новых щетинок.

Мы не будем строить всю иерархию, но рассмотрим кратко как и для чего эту идею можно было бы использовать.

Как она работает?

Надо построить иерархию абстрактных идей, частью которой является следующее описание:

Тело щетки (вытащенной из "многодырчатой фильеры" так, что щетка осталась зарепленной в держатель) после удаления щетинок, надо присоединить к оставшейся части "многодырчатогй фильеры" и повторить экструзию для получения новых щетинок

Мы не будем строить всю иерархию, но рассмотрим кратко как и для чего эту идею можно было бы использовать.

Какие параметры надо учесть при составлении абстрактного описания щетки.

Щетку можно определить как тело, на поверхности которого есть выступы (щетинки), длина которых больше, чем поперечные размеры.

Форма поперечного сечения щетинки может быть любой. Количество щетинок на поверхности тела может быть одна и больше. Щетинка может быть соединена с поверхностью одним концом или обоими концами образуя, например, подобие петли. Поверхность щетинки может быть гладкой или может иметь свои щетиночки.

Щетка имеет форму, размеры и может быть сделана из различных материалов.

Тело щетки может быть таким, что все щетинки торчат наружу. Тело может иметь внутренние полости, которые доступны или нет для проникновения снаружи. Щетинки могут находиться на этих внутренних поверхностях. Наконец, само тело может быть подобно щетинке и из поверхности этой щетинки могут торчат другие щетинки, например, перо птицы.

Еще одно свойство тела щетки, которое надо учесть это связность. Связным называется тело, в котором из любого места можно попасть в любое не выходя из тела. По этому параметру щетки могут быть обычные (связные) и такие, у которых щетинки и/или само тело сделаны из цепочек. Например в случае молекулярных щетинок это могут быть молекулы катенанов.

Диапазоны разных размеров, которые надо рассмотреть мы определили ранее как нано-, микро- и макро- миры. В дополнение к этому в данном случае, зная из результатов поиска, что бывают молекулярные щетки, мы должны ввести уточнение.

Первый размер щетинок - молекулярный. Такая щетинка присоединена к поверхности только одной ковалентной связью. В качестве промежуточного между молекулярным и нано размером могут быть такие варианты как углеродные нанотрубки, которые представляют собой одну гигантскую молекулу, в которой все атомы соединены ковалентными связями. Следующий уровень это нанощетинки, у которых толщина достаточно мала для того, чтобы работали квантовые эффекты. Следующий уровень начинается с таких толщин шетинок, когда наноэффекты исчезают и появляются микро свойства. Далее следуют макро-размеры.

Если взять за основной параметр классификации поперечные размеры щетинки, то можно получить четыре направления эволюции щетки, которые имеют молекулярные, нано, микро и макро щетинки. На каждом из этих направлений возможны различные комбинации остальных параметров, таких как форма и размеры тела несущего щетинки, форма щетинок, способ прикрепление щетинки к поверхности одним или обоими концами, материалы, из которых изготовлены тело и щетинки.

Кроме этого должны существовать "гибридные щетки", составленные из элементов, которые по своим размерам принадлежат разным из этих четырех направлений эволюции.

Таким образом, абстрактная идея щетки может быть конкретизирована шаг за шагом, каждый раз за счет конкретизации только одного из описывающих ее параметров. Каждый более конкретный уровень при этом оказывается уже упомянутым (без деталей) в формулировках более высокого уровня абстракции. По этой причине описатель (изобрететель) может остановится, когда ему надоест это занятие. С практической точки зрения это удобно, потому что полностью объять все разнообразие вариантов, во-первых, невозможно и, во-вторых, по правилам патентования не требуется.

Построение такой иеррархии очень напоминает способ построения патентных клэймов. В патенте, как правило, первым клэймом является независимый клэйм, сформулированный в виде достаточно абстрактного утверждения. За ним следуют зависимые клэймы, каждый из которых конкретизирует независимый клэйм только по одному параметру. Сколько параметров, столько может быть зависимых клэймов; при этом предполагается, что те параметры, о которых не идет речь в процессе данного уточнения, могут быть в той же мере любыми, в какой это сформулировано в независимом клэйме.

Очень похоже на то, что мы делаем. Еще одна похожая область - это эволюционная классификация живых организмов (виды, роды, семейства, отряды, классы, типы), в основе которой лежат переходы от конкретных характеристик к более и более общим.

Описание щетки.

Составлять описание щетки мы будем по шагам, двигаясь от абстрактного к конкретному и начиная с таких параметров, которые позволят отсечь и не разрабатывать целые направления, которые нас сейчас не интересуют. Поэтому мы начнем конкретизацию с наиболее экзотических характеристик , и будем иметь их в виду как потенциальный материал для создания эволюционного разнообразия, но углубляться в детали не будем.

Для удобства описания мы рассмотрим по отдельности несколько вариантов иерархий, в каждой из которых размеры щетинок лежат в одном из нижеследующих диапазонов: молекулярные, нано, микро, макро.

Далее, каждый из этих вариантов надо будет разделить на два в соответствии с возможным размером тела щетки: микро и макро.

Для каждого вида щетки возможны различные комбинации остальных параметров, таких как форма и размеры тела несущего щетинки, форма щетинок, способ прикрепления щетинки к поверхности, материалы, из которых изготовлены тело и щетинки.

Кроме этого должны существовать "гибридные щетки", составленные из элементов, которые по своим размерам принадлежат разным направлениям эволюции.

Итак, общая общая схема выглядит следующим образом

Условные обозначения:

"Морской еж" - щетка имеет "точечное тело", из которого торчат щетинки.

"Колючая проволока" - "одномерное тело", из которого торчат щетинки

"Одежная щетка" - щетка имеет поверхность, из которой торчат щетинки.

"Открытые поры" - к внутренним полостям тела щетки есть доступ снаружи, в отличие от случая "закрытые поры"

"Игла" - щетинка присоединена к поверхности одним концом

"Петля" - щетинка присоединена к поверхности обоими концами

1 - поверхность щетинки гладкая

2 - поверхность щетинки покрыта щетиночками

3 - форма поперечного сечения щетинки может быть любая

4 - форма, длина и материал шетинки могут быть любые.

Щетка может быть гибридной, например, одновременно иметь щетинки типа "игла" и "петля" направленные и наружу и внутрь тела щетки, которая имеет и наружную поверхность и внутренние полости.

Пример описания. Макрощетка с микрощетинками (поперечный размер щетинки около 100 микрон) имеет связные тело и щетинки; "двумерную" поверхность, с щетинками, которые обращены наружу и присоединены к поверхности одним концом. Щетинки имеют гладкую поверхность, круглые в поперечном сечении, прямые, длиной сантиметр, сделанны в основном из кератина. Как сейчас помню - моя голова перед стрижкой налысо в детстве.

Предмет изобретения: "Многодырчатая фильера", которая устроена таким образом, что позволяет получать выше описанные нано- или микро-щетки

Что собой представляет?

Надо построить иерархию абстрактных идей, частью которой является следующее описание:

"Многодырчатая фильера", составленная из нескольких слоев выпуклых тел (например, шариков) так, что в каждом следующем слое размер тел (например, диаметр шариков) и, соответственно, промежутков между этими телами, больше, чем в предыдущем.

Как ее можно изготовить?

Надо построить иерархию абстрактных идей, частью которой является следующее описание:

Для изготовления "многодырчатой фильеры" необходимо каким-либо образом, образовать многослойное тело состоящее из нескольких слоев выпуклых тел (например, шариков) так, что в каждом следующем слое размер тел (например, диаметр шариков) и, соответственно, промежутков между этими телами, больше, чем в предыдущем.

Как она работает?

Надо построить иерархию абстрактных идей, частью которой является следующее описание:

"Многодырчатая фильера" позволяет продавливать сквозь нее пластичный материал таким образом, что он заполняет все пустоты в первом слое и образует нитевидные тела, которые находятся в промежутках между более крупными телами следующих слоев

Какие параметры надо учесть при составлении абстрактного описания "многодырчатой фильеры"

"Многодырчатую фильеру" мы ранее определили как сборное тело, составленное из множества тел, которые сжаты некой формообразующей силой так, что они контактируют и при этом между ними остаются полости. Этим требованиям, например, удовлетворяет куча песка, для которой формообразующей силой является сила гравитации. Другой пример это песок, насыпанный в стакан; в этом случае дополнительную формобразующую силу создают стенки стакана. После убирания формообразующей силы к сборному телу может быть приложена деформирующая сила.

Система описанная на таком высоком уровне обобщения и абстрактности не может быть изобретением. В случае "многодырчатой фильеры" мы вносим в эту систему специфику и конкретизируем ее определяя, что тело "многодырчатой фильеры" имеет слоистую структуру, которая построена по определенным правилам и обеспечивает выполнение определенных функций. Если эти правила и функции не общеприняты и не очевидны, то это будет изобретение.

"Многодырчатая фильера", составленна из нескольких слоев выпуклых тел (например, шариков) так, что в каждом следующем слое размер тел (например, диаметр шариков) и, соответственно, промежутков между этими телами, больше, чем в предыдущем. Каждое из этих тел имеет форму, размеры и изготовлено из определенного материала. Формообразующие силы могут иметь различную природу.

Иерархия абстрактных идей описывающая "многодырчатую фильеру"

Начнем с самого высокого уровня абстрагирования или, другими словами, общности описания. Сборное тело образуется за счет того, что формообразующая сила сближает до контакта два или больше тел так, что между ними образуются полости, и удерживает их в таком состоянии. При убирании формообразующей силы сближенные тела могут отделится от друг друга. После убирания формообразующей силы к сборному телу может быть приложена деформирующая сила.

На следующем абстрактном уровне надо составить описание того, что может произойти после убирания формообразующей силы. Тела составляющие сборное тело либо остаются соединенными, либо отделяются от друг друга. Далее необходимо учесть типы связей, которые могут удерживать эти тела вместе и варианты внутренней структуры сборного тела (случайная или упорядоченная) . После этого необходимы ответы на вопросы каким образом эта структура упорядочена

В процессе построения этой иерархии стало ясно, что предварительное название "многодырчатая фильера" свою роль уже выполнило и его надо заменить на другое более адекватное.

Я многократно писал, продолжая инерцию первоначальной идеи, что надо насыпать много слоев шариков и так далее. На самом деле, по сути рассматриваемого явления, нам нужно только два слоя, которые будут обеспечивать две функции.

Первый слой должен обеспечить отверстия, через которые будет продавлен материал для получения щетинок. При этом нет никаких ограничений на его природу, кроме одного - в конечном итоге этот слой войдет в состав тела щетки (!), потому что дырки будут заполнены материалом щетинок и мы получим сплошное композитное тело, из поверхности которого будут выступать щетинки.

Далее нам нужен такой второй слой, который обеспечит против каждой дырки полость, такую чтобы в нее могла проникнуть щетинка. И все.

Поэтому на следующем этапе работы мы будем пользоваться более абстрактной и в то же время более адекватной формулировкой - двуслойное сборное тело. Максимальная на данный момент абстракция исходной идеи представлена на следующем рисунке

Прочтите еще раз эту формулировку - "двуслойное сборное тело для производства щеток" и попробуйте объяснить, а почему оно обязательно должно быть только сборным?

В процессе анализа мы обнаружили еще одну "новизну", на которую достаточно долго не обращали внимания - часть устройства для изготовления щетки становится составной частью самой щетки.

Так дела не делаются, вообще-то. Не напасешься устройств, если каждое из них оставлять в массовом продукте, казалось бы. А с другой стороны, давайте не будем этот слой определять как устройство, а сразу посмотрим на него как на заготовку для тела щетки и внесем в него дополнительную функциональную нагрузку, которая не нужна для производства щетки, но понадобится для ее будущей работы. Например, шарики сделаны из такого материала, который можно будет растворить и превратить щетку в "щетку- решето". Нетрудно видеть, что это очень даже богатая идея.

При таком повороте дел мы имеем полное право начать обобщать АТИ "двуслойное сборное тело для производства щеток" в направлении -"тело". Надо сформулировать частным случаем какого тела является "сборное тело", и так далее. Не знаю заранее, имеет ли смысл уходить в эту сторону, но быстренько попробовать надо.

Главная новизна в самом общем смысле сейчас получается такая, что мы используем два слоя - один имеет столько дырок сколько нам надо щетинок и становится частью тела щетки. Второй слой образует полости. Если второй слой сделать постоянным, а первый превратить в заготовку тела щетки, то получится процесс совместимый с автоматикой и конвеером. Если так, то давайте сделаем вторую часть постоянной и, следовательно, такой, как надо для "оптимальности производственного процесса". А первую часть оставим сборной, потому что трудно найти что-нибудь более простое и дешевое, чем стандартного размера шарики, которые надо просто насыпать в форму. Кроме того, в промышленных масштабах налажено производство шариков любых размеров от микронов до миллиметров (нам больше не надо) и из любых материалов.

Итак, обратите внимание, что сейчас произошло. Мы осознали, что две части нашего двуслойного тела выполняют разные функции и прикинули, что лучше для каждой из них в зависимости от этих функций. И теперь будем рассматривать их порознь, но с условием, что они должны быть согласованы по одному признаку - вторая часть должна обеспечивать полость против каждой дырки первой части.

Давайте немного отвлечемся от механики и передохнем и вспомним, что вся борьба в части 1 этой книги шла за единство восприятия мира. За то, что все объекты вокруг нас это равноправные технические системы, которые развиваются и меняются и существуют по одним и тем же законам эволюции. Это значит, что мы можем переносить концепции, которые красиво и сильно работают в одном диапазоне размеров, в другие диапазоны.

В предыдущих разборах молекулярных и нано щеток мы постоянно сталкивались с тем, что одним из ярчайших принципов на молекулярном уровне является самосборка. Существуют молекулы и молекулярные структуры, которые таким образом согласованы, что для них достаточно встретиться, для того чтобы они начали легко и непринужденно объединяться в сложные комплексы, которые в свою очередь оказываются согласованы с какими то другими молекулами и молекулярными комплексами.

Давайте придумаем такой второй слой, что при насыпании на него кучки шариков, они сами встанут куда надо в таком количестве сколько надо и образуют нужный нам первый слой, а все лишние шарики просто куда-нибудь денутся. В этом случае мы осуществим самосборку шариков в некую структуру. Можно красиво сказать, что это будет матричный синтез двумерной структуры из шариков на плоской матрице.

Прежде чем переходить к описанию различных способов изготовления вторых слоев различной структуры рассмотрим еще одну АТИ.

Объединяя эти два набора идей можно построить следующую иерархию абстрактно-технических идей, которая описывает наше изобретение в общем виде.

Дальнейшая конкретизация этой АТИ приводит к следующей схеме

Случай, когда оба слоя сделаны из сплошного материала мы в этой работе не рассматриваем. Остальные варианты мы рассмотрим ниже.

Прежде чем переходить к детальному разбору сорока возможных сочетаний первого и второго слоев, посмотрим на построенную иерархию абстрактных идей "с высоты птичьего полета", для того чтобы увидеть общую картину.

Нижние в иерархии идеи, с которыми мы дальше будем работать - это десятый шаг в иерархии, если считать в левой ветви и седьмой - в правой. Образно выражаясь, в левой ветви мы рассматриваем "сборное тело", а в правой - "сборную дырку".

Продолжение следует