На головну | Пишіть нам | Пошук по сайту тел (063) 620-06-88 (інші) Укр | Рус | Eng   
У США «індустрія копірайту» створює 5% ВВП, а інтелектуальна власність є головною статтею експорту
  новини  ·  статті  ·  послуги  ·  інформація  ·  питання-відповіді  ·  про Ващука Я.П.  ·  контакти за сайт: 
×
Якщо ви помітили помилку чи похибку, позначте мишкою текст, що включає
помилку (все або частину речення/абзацу), і натисніть Ctrl+Enter, щоб повідомити нам.
×

Модульне будова біологічних систем та їх передбачення в алгоритмі рішення винахідницьких задач

2012-07-18
Андрій (Гавріель) Лівшиць

Біо-механіка останнім часом все частіше стає предметом ретельного вивчення і об'єктом пошуку оптимальних природних збалансованих рішень, які при мінімальній принципової модифікації можуть бути застосовані в нових технологіях та інноваційних продуктах
Ті розробники, які працювали і продовжують працювати, базуючись на правила і постулати ТРИЗ і АРИЗ, звичайно знайомі деякі визначення з них:
Ідеальна технічна система - це система, якої немає, а її функції виконуються, тобто цілі досягаються без коштів.
Ідеальне речовина - речовини немає, а функції його (міцність, непроникність і т.д.) залишаються. Саме тому в сучасних судах тенденція використовувати все більш легкі і більш міцні матеріали, тобто матеріали з все більшою питомою міцністю і жорсткістю.
Ідеальна форма - забезпечує максимум корисного ефекту, наприклад, міцність, при мінімумі використовуваного матеріалу.
Ідеальний процес - отримання результатів без процесу, тобто миттєво. Скорочення процесу виготовлення виробів - мета будь-якої прогресивної технології
Рішення задач по АРИЗ являє собою послідовність з виявлення і вирішення протиріч, причин, що породили дані суперечності та усунення їх використанням інформаційного фонду. Так виявляються причинно-наслідкові зв'язки, суть яких - поглиблення і загострення протиріч.
Для цього в АРИЗ розглядаються три види протиріч:
• Поверхневий протиріччя (ПП)
• Поглиблене протиріччя (УП)
• Загострене протиріччя (ОП).
Г. Альтшуллер їх назвав відповідно:
• Поверхневий - адміністративним протиріччям (АП);
• Поглиблене - технічним протиріччям (ТП);
• Загострене - фізичним протиріччям (ФП).

Якщо з умов задачі відомо, якою має бути готова система, і завдання зводиться до визначення способу отримання цієї системи, можна використовувати метод "крок назад від ДКР". Зображують готову систему, а потім вносять в малюнок мінімальне демонтують зміна.

Наприклад, якщо в ДКР дві деталі стикаються, то при мінімальному відступі від ДКР між деталями треба показати зазор. Виникає нова задача (мікро-завдання): як усунути дефект?

Дозвіл такий мікро-завдання зазвичай не викликає труднощів і часто підказує спосіб вирішення загальної задачі.
Якби для рішення могли бути використані ресурсні речовини (в тому вигляді, в якому вони дані) завдання, швидше за все, не виникла або була б вирішена автоматично. Зазвичай потрібні нові речовини, але введення їх пов'язано з ускладненням системи, появою побічних шкідливих факторів і т.д. Суть роботи з ВПР в четвертій частині АРИЗ в тому, щоб обійти це протиріччя і ввести нові речовини, не вводячи їх.

Крок 4.3. складається (у найпростішому випадку) в переході від двох моновеществ до неоднорідного бівеществу (прообраз сучасних композиційних матеріалів).

Може виникнути питання: чи можливий перехід від моновещества до однорідного бівеществу або полівеществу?
Аналогічний перехід від системи до однорідної бісістеме або полісистеми застосовується дуже широко (відображений в стандарті 3.1.1). Але в цьому стандарті йдеться про об'єднання систем, а на кроці 4.3. розглядається об'єднання речовин.
При об'єднанні двох однакових систем виникає нова система. А при об'єднанні двох "шматків" речовини відбувається просте збільшення кількості.
Речовина являє собою багаторівневу ієрархічну систему. З достатньою для практичних цілей точністю ієрархію рівнів можна представити так:
• мінімально оброблене речовина (найпростіше техновещество, наприклад дріт);
• "сверхмолекули": кристалічні решітки, полімери, асоціації молекул;
• складні молекули;
• молекули;
• частини молекул, групи атомів;
• атоми;
• частини атомів;
• елементарні частинки;
• поля.
Суть правила 8: нова речовина можна отримати обхідним шляхом - руйнуванням більших структур ресурсних речовин або таких речовин, які можуть бути введені в систему.
Значить виходячи з правила 8 модульна конструкція це один із шляхів досягнення ідеального кінцевого результату при якому принципово модуль не відрізняється від масивного моновещества
Виходячи з практики побудови модульних систем, можна зробити висновок, що модулювання це шлях до більш простого рішення проблем, що поступово може привести до моменту досягнення ідеального кінцевого результату

Суть правила 9: можливий і інший шлях - добудова менш великих структур.

Суть правила 10: руйнувати вигідніше "цілі частки (молекули, атоми), оскільки нецілі частки (позитивні іони) вже частково зруйновані і чинять опір подальшого руйнування; добудовувати, навпаки, вигідніше нецілі частинки, які прагнуть до відновлення.
Знову це підкреслює вигоду добудови системи частинами, тобто модулями

Один з механізмів утворення нової системи при об'єднанні однакових систем полягає в тому, що в об'єднаній системі зберігаються кордону між об'єдналися системами. Так, якщо моносістеми - лист, то полісистема - блокнот, а не один дуже товстий лист.
Але збереження кордонів вимагає введення другого (граничного) речовини (нехай це буде навіть порожнеча). Звідси крок 4.4. - Створення неоднорідної квазіполісістеми, в якій роль другого - граничного - речовини грає порожнеча.
Правда, порожнеча - незвичайний партнер. При змішуванні речовини і порожнечі кордону не завжди видно. Але нова якість з'являється, а саме це й потрібно.
Припустимо, що в принципі побудована принципова схема поділу нікого кількості моновещества (моноструктури) на ряд повноцінних автономних модулів
Як можна перевірити чи це рішення по розукрупнення не викликало додаткових суперечностей всіх рівнів?
Необхідно провести попередню оцінку отриманого рішення.

Контрольні питання:
а) Чи забезпечує отримане рішення виконання головної вимоги ДКР-1 ("Елемент сам ...")?
б) Яке фізичне протиріччя усунено (і усунуто чи) отриманим рішенням?
в) Чи містить отримана система хоча б один добре керований елемент? Який саме? Як здійснювати управління?
г) Чи годиться рішення, знайдене для "одноцікловой" моделі завдання в реальних умовах з багатьма циклами?
Тепер про біомеханіці:
Математики запропонували пояснення модульному будовою біологічних систем.

За словами вчених, двигуном її виникнення могла бути економія ресурсів. Робота поки не прийнята до публікації, але її препринт доступний в архіві Корнельського університету.
Дослідники намагалися зрозуміти, чому біологічні системи побудовані за модульним принципом.
Це властивість добре відомо біологам і помітно на різних рівнях будови організмів. Модульність володіють мережі взаємодії генів і білків в клітині, мережі нейронів, кровоносна система, і так далі.
Переваги модульності для прискорення еволюції очевидні будь інженеру - вона дозволяє замінювати одні компоненти іншими, не змінюючи загальну схему роботи системи.
Однак не цілком ясно, як те, що прискорює еволюцію, само виникло в результаті еволюції. Інакше кажучи, незрозуміло, що саме було двигуном відбору на користь модульних систем та інженерної "розумності".
Висновки вчених базуються на двох паралельних симуляціях еволюції нейронних мереж. Мережі в експерименті повинні були навчитися розпізнавати певний набір сигналів. Ті мережі з початкового набору, які робили це краще за інших, "розмножувалися" і давали безліч схожих, але не ідентичних нових мереж.
Паралельно проводилося два відбору: відбір за критерієм якості розпізнавання сигналу і відбір, де враховувалося також кількість витрачених ресурсів. У другому випадку мережі, що містять більшу кількість зв'язків при однаковій якості розпізнавання, вважалися неефективними і виключалися з відбору.
Через деякий кількість циклів еволюції вчені поглянули на топологію утворилися мереж. Виявилося, що мережі, де ресурси не заощаджувалися і кількість зв'язків не враховувалося, представляли собою "мішанину" з зв'язків.
У паралельній симуляції, де економія ресурсів була важлива для ефективності, мережі утворювали чіткі модулі, компоненти яких щільно пов'язані один з одним і слабо - з іншою системою.
Такі мережі в подальшому могли еволюціонувати швидше за рахунок копіювання та перетасовки готових компонентів.
Дослідження з топології мереж об'єднують різні традиційні дисципліни - від математики та інформатики до еволюційної і нейробіології.
Мережі зі схожим будовою і властивостями (наприклад, безмасштабние) можна однаково легко знайти в мозку, ДНК, транспортній інфраструктурі або соціальних медіа.

корисний матеріал? Натисніть:




інші статті...
© Ярослав Ващук, 2003-2011
при використанні будь-яких матеріалів сайту посилання на джерело обов'язкове
[pageinfo]
сайты Хмельницкого bigmir)net TOP 100