Основы
теории решения изобретательских задач

2.2. Инверсия

Прием инверсия или обратная аналогия означает - выполнить что-нибудь наоборот. Для него характерны выражения: перевернуть вверх "ногами", вывернуть наизнанку, поменять местами и т.д.

Этот прием может означать, что если объект рассматривается снаружи, то, возможно, мы достигаем желательного результата, если будем его исследовать изнутри. Если какой-то объект расположен вертикально, то применение инверсии означает, что его ставят горизонтально - и наоборот. Инверсия предполагает возможную замену подвижной части неподвижной, отказ от симметрии в пользу асимметрии, переход от растяжения к сжатию. Инверсные понятия - приемник и передатчик, модулятор и демодулятор, электрогенератор и электродвигатель.

Пример 2.7. Спортсмены тренируются, бегая по беговой дорожке на стадионе. Сейчас имеются движущиеся беговые дорожки и тренажеры, в которых можно задавать скорость движения ленты, ее наклон и другие параметры.

Пример 2.8. Устройство для тренировки пловца. Пловец на месте, а движется вода (см. рис. 2.2).¹

Аналогично рассмотренным примерам сконструирован эскалатор (челочек стоит, а лестница движется) и многое другое.

Рассмотрим различные виды инверсии:

1. Функциональная инверсия. Сделать функцию или действие обратным. Нагревание - охлаждение, притягивание - отталкивание, строить - ломать и т.д.

Пример 2.9. Обычно траву сначала косят, а потом сушат, выбирая для этого самые жаркие и сухие дни. А что если делать на оборот - сначала сушить, причем как можно быстрее, а потом косить? Голландские специалисты сконструировали машину, которая довольно быстро подсушивает траву, обрабатывая ее паром при температуре 300оС. Ширина захвата машины 6 метров, производительность 40 т/час. Паром можно обработать не только будущее сено, но и картофельную ботву перед уборкой или какую-либо другую культуру, если нужно замедлить ее рост.²

Пример 2.10. В печи-гриле вертится приготавливаемая пища, например, курица. Разработан гриль, где приготавливаемая пища неподвижна, а вокруг нее вращаются горячие потоки воздуха.

2. Структурная инверсия. В понятие структуры входит состав системы и ее внутреннее устройство. Много - мало элементов, однородные - разнородные элементы, сплошная - дискретная структура, монолитная - дисперсная - пустая, статичная - динамичная структура, линейная - нелинейная, иерархическая - одноуровневая и т.п.

Пример 2.11. Электронная и радио аппаратура ранее имела платы со многими элементами (транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, соединительные провода и т.п.), которые в дальнейшем были заменены микросхемами, а затем и на процессоры. Процессор заменил многие элементы.

Пример 2.12. Суда, как правило, имеют постоянную (статическую) структуру: сухогруз, танкер и т.д. Разработана модульная (динамичная) конструкция судна, которая имеет носовую и кормовую части (оконечности), а в середину (среднюю часть корпуса) может помещаться любой модуль (см. рис. 2.3)³. Таким образом, собираются транспортные суда различного назначения. Модульные суда строили в США на Великих озерах.

Аналогичное решение, еще раньше, было предложено для грузовиков. Еще более ранние аналоги - буксир и различные баржи; паровоз и различные вагоны.

3. Инверсия формы. Выпуклая - вогнутая, толстая - тонкая, плоская - объемная, шероховатая - гладкая, наружная - внутренняя поверхность, сплошная - разрывная и т.п.

Пример 2.13. Известно, что для лучшего обтекания водой или воздухом телу придают соответствующую форму, а поверхность выполняется максимально гладкой. Одной из фирм штата Минисота (США) разработана пленка, снижающая сопротивление воды. Тысячи мелких, почти незаметных для глаз желобков на ее поверхности напоминают в поперечном разрезе зубья пилы и гасят трение жидкости о стенку (корпус судна). Пленку толщиной 6 мм крепят к корпусу яхты, как обои к стенке. Пленку предполагается использовать также на самолетах и автомобилях для снижения сопротивления воздуху⁴.

4. Параметрическая инверсия. Противоположные параметры. Проводник - диэлектрик, длинный - короткий, темный - светлый, твердый - мягкий.

Пример 2.14. Предложили труднодеформируемые и легко окисляющиеся металлы и сплавы ковать в вакууме, и при этом обрабатывающий инструмент и заготовку не нагревать, а охлаждать от 0оС до порога хладноломкости⁵.

Пример 2.15. Изменение размера детали при токарной обработке обычно выполняют путем контроля за размером изделия. Если контролировать расстояние между щупом и резцом, то можно гарантировать абсолютно точное изготовление деталей. Этот принцип лег в основу новых прецизионных токарных станков, созданных в Швейцарии. При обработке на них изделий с припуском 20-30 микрон не требуется последующее шлифование⁶.

5. Инверсные связи. Есть связь - нет связи. Положительная - отрицательная связь.

Пример 2.16. Соединять - разъединять (отключать). На этом принципе построены многие средства связи, например, телефонная связь. Когда идет разговор, то обеспечивается связь. Во все остальное время этой связи постоянно нет.

Пример 2.17. Отрицательная обратная связь используется в системах автоматического управления. Текущий параметр сравнивают с заданным или изменяемым, по определенной программе, сводя разницу к нулю. Это и есть принцип обратной связи. Положительная обратная связь используется, например, в усилителях. Сигнал складывается с существующим сигналом и увеличивается (усиливается).

6. Инверсия пространства. Изменение положения в пространстве на 90° и 180°.

Пример 2.18. Ось ветроэлектродвигателей обычно расположена по горизонтали, а электрогенератор находится на башне рядом с ветровым колесом. Американские конструкторы разработали ветряк, колесо которого вращается вокруг вертикальной оси (рис. 2.4). Его генератор находится на земле - для передачи вращения при этом уже не нужны передаточные механизмы, опорная башня может быть проще и меньше. А главное, его работа не зависит от направления ветра и, значит, не нужны устройства, разворачивающие ветровое колесо, словно флюгер, против воздушного потока. В результате конструкция обходится в несколько раз дешевле традиционных. Изгиб лопастей напоминает кривую, которую образует гибкий трос при вращении вокруг вертикали. Такая форма позволяет избавиться от напряжений изгиба лопасти, работающей только на растяжение. Оптимальная скорость ветра для испытываемой модели - около 30км/час, хотя ток она начинает давать уже при скорости, втрое меньшей. Двигатель предлагается использовать в опреснительных установках - для подачи в их теплообменник глубоководных холодных морских вод, конденсирующих водяные пары из воздуха⁷.

Пример 2.18. Опишем один фокус. Фокусник показывает зрителям листок картона, на котором нарисована стрелка, показывающая направо (см. рис.2.5). Он ставит картинку за стеклянным стаканом. Зрители смотрят на картинку через стакан и видят стрелку, показанную налево.
Секрет фокуса. Когда в стакан наливается вода, получается линза, которая переворачивает изображение. Чтобы этот трюк получился, экспериментальным путем подберите расстояние между стаканом и картонкой. Фокус рассказал Эмиль Кио⁸.

7. Инверсия времени. Быстро - медленно, непрерывно во времени - квантовано, прошлое - настоящее - будущее.

Пример 2.19. При резке труб нож сминает края. Предложено резку труб осуществлять на большой скорости.

Пример 2.20. Аналоговая техника все больше заменяется дискретной (цифровой). Первоначально это касалось компьютеров и измерительной техники, а в настоящее время большое распространение получили бытовые цифровые приборы.

Оглавление