okl mt 02-2008 pomocnicze.qxd

klub
wynalazców
KLUB WYNALAZCÓW
1
Szkoła Wynalazców
Tematem Waszego niepedagogicznego zadania był problem:
„Jak legalnie wywieźć
cenną etruską wazę?”
58
Oczywiście zdajemy sobie
wszyscy sprawę, że takie obiekty
podlegają szczególnej kontroli i że
jakieś proste metody tu odpadają.
Celnik, sprawdzający wazę na lotnisku, ma wazę i dokumenty, które
zawierają m.in. jej kolorowe zdjęcie. Działając jednak zgodnie z zasadami TRIZ, mamy kilka dróg ominięcia tej trudności. Możemy rozsunąć w czasie chwilę sprawdzania
od dostępu do autentycznej wazy
lub możemy – najprościej – posłużyć się kopią. Oryginalna propozycja Jurija Sałamatowa (czyżby miał
jakieś doświadczenia z tymi wazami?), opierała się właśnie na kopii.
Najpierw złodzieje musieli
postarać się o wykonanie możliwie
dokładnej kopii wazy. Tę kopię
wwieźli do Włoch, w celu „restauracji i konserwacji”. Oczywiście
kopia miała prawdziwe dokumenty, tzn. dotyczące „kopii etruskiej
wazy”.
Po zawładnięciu prawdziwą
wazą, wywieziono ją jako „kopię
po restauracji”, co znakomicie tłumaczyło drobne różnice pomiędzy
zdjęciem kopii wwożonej i wywożonej. Proste? Ale raczej nie próbujcie. Przyjrzyjmy się więc najpierw etruskim wazom (fot. 1 ),
a później propozycjom Czytelników.
Michał Dionizy Maciejewski
z Brusów (3 pkt.) zaproponował
„zamaskowanie” prawdziwej wazy: „Według mnie złodzieje wywieźli wazę z autentycznymi dokumentami dzięki obwinięciu jej materiałem, na którym wykonano całkowicie inne malowania i który
zmieniał wygląd zewnętrzny wazy, poprzez wypełnienie różnych
zagłębień i stworzenie ich w innym miejscu. Mając taką wazę,
można wywieźć ją, twierdząc, że
samemu się ją wykonało lub kupić
tanią wazę, na której malowidła,
które wykonaliśmy na droższej
wersji, naprawdę istnieją, i nadali
oryginałowi taki właśnie wygląd,
przez co można było wywieźć ją
na papierach tej taniej wersji”.
Niby to samo, ale nie całkiem. Wazę musieliby przecież
obejrzeć spece od konserwacji zabytków i na jakieś naklejane warstwy nie daliby się nabrać. Pomysł
Sałamatowa miał tę zaletę, że
urząd celny już raz miał w rękach
wazę (fałszywą) i przybijając na jej
dokumentach swoje pieczątki, niejako uwierzytelniał fakt wwiezienia wazy. Prawdziwa waza, „wracająca” po restauracji, była więc
„znana” celnikom i nie wzbudziła
ich podejrzeń.
Jan Kolasa (3 pkt.) z Wrocławia zaproponował metodę również
zgodną z duchem TRIZ, czyli rozsunięcie w czasie momentu kontroli i momentu kontaktu celników
z oryginałem. Proponuje więc, żeby do odprawy celnej – w przypadku wykonywania jej w punkcie
odpraw wewnątrz kraju – przedstawić wazę inną, podobną lub
podrobioną fałszywą, a później
przewieźć przez granicę prawdziwą. Oczywiście warunkiem jest
uzyskanie dostępu do wazy po
zaplombowaniu skrzyni ładunkowej samochodu, ale ten problem
to dla złodziei drobiazg!
Inne pomysły nie były już
tak skuteczne, co w gruncie rzeczy
dobrze świadczy o naszych czytelnikach, jako że zadanie było jednak trochę szemrane, jak by to powiedział pan Teoś Piecyk (kto tę
postać pamięta?). Wymienionym
Kolegom gratuluję i obdzielam
punktami i nagrodami!
Ranking bieżący
Szkoły Wynalazców:
1.
2.
3.
4.
5.
Andrzej Bielski
Jan Kolasa
Jan Korecki
Dionizy Maciejewski
Maria Stokłosa
(4
(3
(3
(3
(3
pkt.)
pkt.)
pkt.)
pkt.)
pkt.)
I nowy problem!
Wszystkie nowoczesne chłodziarki domowe mają komory zamrażania, w których temperatura
może osiągać nawet –22°C. W takich komorach można przechowywać produkty przez kilka miesięcy,
pod jednym wszakże warunkiem:
produkty nie mogą być w tym czasie rozmrażane, do czego może
dojść np. w przypadku zaniku napięcia w sieci z powodu jakiejś
awarii. Załóżmy więc, że pojechaliśmy sobie na wczasy, nie ma nas
2–3 tygodnie, wracamy, w lodówce niby wszystko w porządku, ale
sąsiedzi mówią, że była kilkudniowa awaria sieci elektrycznej. Nie
wiemy, czy dotyczyła także naszego mieszkania. Produkty są zamrożone. Jak sprawdzić, czy w międzyczasie uległy rozmrożeniu
i powtórnemu zamrożeniu, czy też
nie? Co zrobić, żeby w przyszłości
mieć jakiś wskaźnik takiego zdarzenia? W sumie więc należy:
„Opracować metodę
i ewentualny sprzęt pomocniczy,
służący do stwierdzenia stanu
rozmrożenia komory zamrażalnika domowej lodówki podczas
dłuższej nieobecności domowników”.
Rozwiązania wysyłaj na e-mail: [email protected]
z dopiskiem w temacie: Klub Wynalazców
Oczywiście wykluczamy automatyczne rejestratory temperatury, bo to za duży kaliber środków na taki problem. Metoda powinnam być tania, a ewentualny
sprzęt dostępny niemal pod ręką.
Mamy do dyspozycji całą fizykę
ze... szkoły podstawowej i wyćwiczony w rozwiązywaniu problemów wynalazczych umysł! Pamiętajcie: sztuką wilka tłuką. Zadanie
to pochodzi z krasnojarskiej szkoły
podstawowej, gdzie wykładany
jest TRIZ. Zadanie, to i podobne,
rozwiązują Wasi koledzy, rówieśnicy. Nie okażcie się od nich gorsi,
bo jak Wam napiszę, jak oni to rozwiązali, to będzie Wam wstyd!
Klub Wynalazców
Tematem Waszego zadania
było:
„Opracować metodę
oczyszczania ostrza precyzyjnego skalpela, taką, żeby nie naruszała jego delikatnej krawędzi
tnącej, mimo dość mocnego
przywarcia zanieczyszczeń tkankami”.
„Delikatna krawędź tnąca
ostrza” skalpela to po prostu bardzo cienkie ostrze, o grubości dochodzącej do 12–15 μm w pasie
przykrawędziowym. Tylko przy
tak małej grubości da się uzyskać
„promień zaokrąglenia” grani skrawającej w granicach 4–6 μm 2 ,
co warunkuje dostateczną precyzję
cięcia ostrzem. Jednocześnie kładzie na łopatki wszelkie legendy
o ostrzach szabli japońskich lub
damasceńskich. Ostrze naprawdę
ostre – jak ostrze skalpela – musi
być jednocześnie cienkie, a to
wyklucza jakiekolwiek bijatyki
i pojedynki.
Narosty tkanki – wydaje się
– najłatwiej byłoby zgarnąć jakimś
drugim ostrzem, ale to byłoby jednak niebezpieczne, ponieważ trudno bez specjalnego przyrządu zachować równoległość ruchu ostrza
zgarniającego do ostrza oczyszczanego. Czyszczenie strumieniem
wody niesie z sobą niebezpieczeństwo stępienia z powodu drobin
mineralnych, które zawsze znajdują się w wodzie pitnej i całość
działa wtedy jak „hydrojet” – urządzenie do cięcia strumieniem wody z zawiesiną proszku ściernego.
To samo dotyczy strumienia po-
wietrza, które też nie
3
jest, w zwykłych warunkach, idealnie
czyste. W sumie wydaje się więc, że pozostają metody „bezdotykowe”, czyli
czyszczenie bez kontaktu ostrza z jakimikolwiek materiałami
metalowymi i z tworzyw sztucznych.
Wchodzą w rachubę
metody chemiczne,
biochemiczne i biologiczne. Zobaczmy,
jak to widzą nasi
Czytelnicy:
Michał Turski z Lublina
(4 pkt.) do oczyszczania skalpela
proponuje zastosować małe urządzenie, które składałoby się z dwóch
grubych kawałków gumy 3 . Złączone byłyby one dwoma śrubkami z odpowiednimi końcówkami,
dzięki którym szybko można by było je skręcić lub rozkręcić. Użycie
takiego urządzenia polegałoby na
włożeniu ostrza skalpela między
dwa kawałki gumy, skręceniu
i przeciągnięciu ostrza w górę.
Maciej Skrzetuszewski
(3 pkt.) uważa, że najlepszym sposobem oczyszczania skalpela jest
zastosowanie natrysku strumieniem wodnym, wydobywającym
się pod odpowiednim, regulowanym ciśnieniem. Struga wody padałaby na powierzchnię skalpela
pod odpowiednim kątem, w taki
sposób, aby nie tępiła ostrza skalpela, a jednocześnie zmywała
przylegające do powierzchni ostrza zanieczyszczenia. Zamiast
wody można by było zastosować
także strumień sprężonego powietrza.
Obie metody należą do tzw.
siłowych rozwiązań i z punktu widzenia delikatnego ostrza skalpela
nie są nadzwyczajne. Metody bio-
ostrze
skalpela
klocki
gumowe
logiczne, tzn. wykorzystujące bakterie gnilne, byłyby długotrwałe,
bo ten proces nie jest taki szybki.
Pozostają metody skojarzone, takie, jakie zaproponował kolega
Konrad Glibowski z Białegostoku
(5 pkt).
Proponuje on najpierw zanurzenie ostrza w kwasie z grupy
tych, które najsilniej reagują z substancjami organicznymi, a więc
HCl, H2SO4, możliwe jest też zastosowanie sody żrącej, a później
spłukanie produktów reakcji łagodnym strumieniem wody z domieszką detergentu. Ostrze skalpela jest wykonane ze stali nierdzewnej, więc kwas mu nie zaszkodzi, a potraktowane łagodnym
strumieniem wody nie dozna uszczerbku.
Wymienionym Kolegom ściskam dłonie i wysyłam nagrody!
Ranking bieżący
Klubu Wynalazców:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Paweł Cieliński
(5
Konrad Glibowski
(5
Daniel Kopniak
(4
Michał Turski
(4
Maciej Skrzetuszewski (3
Robert Stanisławski
(3
pkt.)
pkt.)
pkt.)
pkt.)
pkt.)
pkt.)
2
12÷15 μm
R = 4μm
59
klub
4
wynalazców
czujnik zbliżeniowy
po rozmarznięciu
sprężyna
Najlepiej byłoby lecieć sobie
helikopterem nad linią, a w razie
natrafienia na rozmiękły grunt
w kabinie pilota powinna zapalić
się lampka! Jak to zrobić? Jakie
zjawisko fizyczne tu wykorzystać?
To właśnie jest Wasz problem!
A więc:
„Zaproponować zasadę
działania systemu ostrzegającego o rozmięknięciu gruntu, dającego możliwość przekazania sygnału o stanie gruntu do helikoptera, lecącego na niewielkiej wysokości nad ziemią”.
60
A oto nowy problem:
Problem zimowy, ale tym
razem chodzi o krainy wiecznych
mrozów czyli północne rejony Syberii. Biegną tam linie wysokiego
napięcia, prowadzone na stalowych masztach – wieżach, osadzonych na betonowych fundamentach, zagłębionych w gruncie. I tu
właśnie jawi się problem. Grunt
północnej Syberii odmarza jedynie
w okresie krótkiego syberyjskiego
lata i to na niewielką głębokość.
Poniżej jest już tzw. wieczna
zmarzlina. O wykopaniu fundamentów poniżej tej zmarzliny –
mowy nie ma. Zmarznięty od tysięcy lat grunt jest twardy jak najtwardsza skała. Bez dynamitu ani
rusz. Z drugiej strony: po co dynamit? Jeśli grunt jest twardy, to będzie stanowił pewne osadzenie
dla betonowych fundamentów
masztu. No tak, ale raz na jakiś
czas – nikt nie wie kiedy – trafia
się wyjątkowo upalne lato i grunt
rozmięknie bardziej niż zwykle.
I co wtedy? A przede wszystkim
jak to sprawdzać? Obecnie robi się
to tak: helikopter przelatuje na małej wysokości obok linii, obniża lot
i zawisa, a jeden z członków załogi
próbuje wbić w grunt ostro zakończony szpikulec. Mając doświadczenie, wie, co sądzić o gruncie na
podstawie siły potrzebnej do wbicia pręta. Niestety ten prosty sposób ma swoje wady. Można trafić
na kamień, na bryłkę lodu lub odwrotnie: na jakąś rozpadlinę.
System powinien działać
w dwie strony, tzn. powinien się
aktywizować, gdy grunt mięknie
i dezaktywizować gdy znów zamarznie. Wynika z tego, że trzeba
skorzystać z jakieś przemiany odwracalnej, takiej, której nie zakłóci
stan zamarznięcia gruntu. Gdyby
ktoś zaproponował np. system
dwóch kołków wbitych w grunt
i połączonych u góry sprężyną 4 ,
to w gruncie rozmiękłym sprężyna
zbliży te końce i może włączyć jakiś nadajnik sygnału dla helikoptera. Jednakże po ponownym zamarznięciu kołki pozostałyby
w stanie zwartym! A więc nie tędy droga! A którędy? Właśnie
poprzez zjawiska odwracalne
i niezależne bezpośrednio od stanu gruntu!
Wszystkim życzę dobrych
pomysłów i skutecznych rozwiązań!
Termin – do końca marca
br. Przypominam o adresie wewnątrz koperty – w liście!
Vademecum
Młodego Wynalazcy
I tym razem kolejna analiza jednego z wielu zadań wynalazczych
poddanych swoistej wiwisekcji
przez Władimira Pietrowa. Taką
analizę najlepiej prześledzić, próbując samodzielnie rozwiązać podane na wstępie zadanie i później
krok po kroku porównywać z rozwiązaniem Pietrowa. Cały czas pamiętamy, że nie można się nauczyć pływać, nie wchodząc do basenu! Treść zadania jest Wam już
częściowo znana; było ono prezentowane w Klubie Wynalazców,
aczkolwiek w nieco innym aspekcie. Tym razem chodzi o rzecz zasadniczą:
Zadanie
Zbudowano stanowisko do
badania długotrwałego oddziaływania kwasów na próbki różnych
stopów. Stanowisko – to hermetycznie zamykane, metalowe naczynie. Na jego dnie ustawia się
małe metalowe sześcianiki (próbki). Naczynie wypełnia się agresywną cieczą i podnosi ciśnienie
i temperaturę do wymaganego
programem badań poziomu. Agresywna ciecz oddziałuje nie tylko
na sześcianiki, ale także na ścianki
naczynia, powodując szybkie jego
zniszczenie już po kilku kolejnych
badaniach. Wypadałoby wykonać
naczynie z metali szlachetnych:
złota, platyny, ale to ogromny
koszt. Co robić?
Jest to więc typowa tzw.
sytuacja wynalazcza z wyraźnie
widocznymi sprzecznościami zewnętrznymi (SZ): trzeba jakoś
zmniejszyć koszt systemu, a jak to
zrobić – nie wiadomo. System składa się z trzech elementów: naczynie, agresywna ciecz i próbka (kilka próbek). Można z nich stworzyć
3 skonfliktowane pary:
naczynie–agresywna ciecz,
naczynie–próbka,
agresywna ciecz–próbka.
Konflikt zachodzi tylko
w pierwszej z trzech par. Pomiędzy naczyniem a próbką nie ma
konfliktu, bo nie ma szkodliwego
wzajemnego oddziaływania. Próbki i agresywnej cieczy nie możemy
traktować jako pary skonfliktowanej, bo tym razem jest to działanie
korzystne: nam właśnie o to chodzi, żeby ciecz powodowała korozję próbek.
Do dalszej analizy wybieramy więc parę: naczynie–agresywna ciecz. Jest to zadanie ogromnie
szerokie, fragment walki z korozją,
która stanowi jeden z większych
problemów współczesnej techniki.
Wybór skonfliktowanej pary
nie zawsze jest łatwy i tak prosty
jak w tym przypadku. W bardziej
złożonych przypadkach konieczny
jest wybór narzędzia i detalu, określenie „efektu pożądanego”
i „efektu niepożądanego”. Bywają
sytuacje, gdy trudno jednoznacznie zdefiniować narzędzie, szczególnie wtedy, gdy jest ich kilka.
Dla jednoznacznego wyboru dobrze jest zbudować tabelę wzajemnych oddziaływań elementów,
swego rodzaju „tabelę rozgrywek”
(Tablica 1):
Profesjonalne narzêdzia skrawaj¹ce
do obróbki metalu
W tablicy literą n oznaczono
ilość rozpatrywanych elementów
w systemie. W danym zadaniu detal to sześcianik. Niepożądany
efekt – korozja naczynia. Pożądany
efekt – badanie próbek. Wzajemne
oddziaływania elementów pokazuje Tablica 2:
W tablicy oznaczono:
+ obecność konfliktu
– nieobecność konfliktu
związek nierozpatrywany.
W tablicy można rozpatrywać albo górną, albo dolną połowę
(względem przekątnej), ponieważ
proste i odwrotne wzajemne oddziaływania skonfliktowanej pary
są oczywiście jednakowe.
I tak w systemie widoczne
są dwie skonfliktowane pary,
o których wspomniano wcześniej.
Jak wybrać jedną z nich?
Pierwsza zasada: para powinna składać się z narzędzia
i przedmiotu.
Przedmiotem jest próbka,
zatem rozpatrujemy tylko słupek 3.
Wynika stąd, że skonfliktowana
para to próbka i agresywna ciecz
(kwas).
Jeśli ta zasada nie ujawniła
tylko jednej skonfliktowanej pary,
to trzeba wykorzystać jeszcze jedną zasadę: należy rozpatrzyć parę, która wykonuje korzystną
funkcję (pożądany efekt). Czasami dobrze jest rozpatrzyć parę wywołującą niepożądany efekt.
Korzystna funkcja: badanie
odporności próbek
I ta zasada naprowadza nas
na wybór tej właśnie skonfliktowanej pary. Zauważmy jeszcze jedną
rzecz. Jeśli wychodzi się z zasady
powiększania stopnia idealności
systemu, w skład pary skonfliktowanej powinien wchodzić przedmiot i ta część narzędzia, która
bezpośrednio obrabia przedmiot.
Narzędzie jest tym bardziej idealne, im go mniej.
Działając w zgodzie z tą zasadą, powinniśmy ograniczyć ilość
narzędzia – agresywnej cieczy
(kwasu). W tej sytuacji „udokładniona” para skonfliktowana – to
próbka i agresywna ciecz wokół
niej. Jest to realne w takiej sytuacji, gdy ciecz sama może utrzymywać się na powierzchni próbki lub
próbka jest w stanie utrzymywać
ciecz.
Ciecz może się sama utrzymywać, jeśli nie będzie cieczą,
a np. żelem (gęstą mazią lub plasteliną) lub lodem. Próbka może
utrzymywać ciecz za pomocą różnych pól, np. magnetycznego – do
cieczy dodajemy wtedy cząsteczki
ferromagnetyka, a próbka staje się
magnesem, ale najlepiej wykorzystać pole grawitacyjne – wtedy
próbka musi być pusta. Ciecz wlewamy do pustej próbki i w ten
sposób prowadzimy badanie 5 .
5
ciecz żrąca
naczynko –
próbka
Nieco dziwacznie brzmiące
określenie „pusta próbka” – to po
prostu naczynko, wykonane z badanego materiału. Na podkreślenie
zasługuje fakt, że przytoczony tok
rozumowania ściśle, wręcz bezlitośnie prowadzi do naczynka, które na zasadzie działania wektora
inercji na ogół nikomu nie przychodzi do głowy. Zwykle próbka to
kawałek badanego metalu, a więc
najczęściej sześcianik, kawałeczek
walca (odcięty z okrągłego pręta)
lub jakaś bliżej nieokreślona bryłka. Naczynko – to niemal produkt!
I tu leży pies pogrzebany! Opisane
zadanie przez długie lata (!) gnębiło laboratoria metalograficzne,
w których badano różne stopy stali
kwasoodpornych i podobnych.
Niszczono ogromne ilości sporych
naczyń, w których tkwiły próbki.
Próbowano wykonywać naczynia
z tworzyw (teflon), ze szkła i porcelany, ale nie wytrzymywały one
parametrów badania. Jak pamiętamy, było to skojarzone działanie
ciśnienia i temperatury i to raczej
z górnej półki tych parametrów.
Czy wykonanie naczynka z badanego materiału to trudny technologicznie problem? Oczywiście nie!
Można je wtłoczyć z kawałeczka
blachy, wytoczyć z wałka, odlać,
odkuć na gorąco itd. Narzędzia
do takiej produkcji są tanie, a poza
tym mogą służyć do wykonania
bardzo wielu próbek.
Próbki wypełnione kwasem
można włożyć do zwykłego naczynia ze stali kwasoodpornej (będą
jednak pary kwasu, chociaż nie tak
wiele, z uwagi na wysokie ciśnienie) i po kłopocie.
Żeby coś skorzystać z takiej
analizy, jak już wspomniałem, najlepiej przeczytać ją jeden raz,
a później spróbować odtworzyć ją
samodzielnie, sprawdzając co jakiś
czas prawidłowość toku rozumowania. Trzeba dodać, że po nabyciu pewnej praktyki w stosowaniu
zasad TRIZ – taka „biurokracja”
nie jest już potrzebna. Musi być
stosowana na początku, dla nabrania i utrwalenia odpowiednich nawyków.
Jest to trochę tak, jak z nauką pisania na maszynie (komputerze) metodą bezwzrokową. Początkowo jest to uciążliwe, część osób
rzuca całą tę metodę i pisze – nieraz całe życie 2–3 palcami, podczas gdy po pokonaniu początkowych trudności metoda bezwzrokowa daje możliwość osiągnięcia
niewiarygodnych szybkości: ponad
700 znaków na minutę, nie do
osiągnięcia metodą trzech palców.
Wszystkim życzę cierpliwości
i sukcesów w opanowywaniu TRIZ
– najdoskonalszej dziś metody pokonywania niestandardowych
problemów.
Prezes Klubu Wynalazców
mgr inż. Jan Boratyński
Kochani Klubowicze. Zadania ze „Szkoły Wynalazców” (o czym wielokrotnie przypominałem) są przeznaczon
n e dla osób,
które NIE ukończyły 15. roku życia. Bawić się możemy wszyscy, ale nagrody rzeczowe otrzyy mają tylko Młodzi Wynalazcy.
Dlatego uczestników konkursu „Szkoła Wynalazców” prosimy o przesłanie o świadczenia, że mieszczą się w tej grupie
wiekowej, ile mają lat i do której szkoły uczęszczają.
Niee zależnie od wieku nagrodzimy wszystkich uczestników „Klubu Wynalazców”.
61