Био-механика в последнее время всё чаще становится предметом тщательного изучения и объектом поиска оптимальных природных сбалансированных решений , которые при минимальной принципиальной модификации могут быть применены в новых технологиях и инновационных продуктах

Те разработчики , которые работали и продолжают работать , базируясь на правила и постулаты ТРИЗ и АРИЗ , конечно знакомы некоторые определения из них:

Идеальная техническая система - это система, которой нет, а ее функции выполняются, т.е. цели достигаются без средств.

Идеальное вещество - вещества нет, а функции его (прочность, непроницаемость и т.д.) остаются. Именно поэтому в современных судах тенденция использовать все более легкие и более прочные материалы, то есть материалы с все большей удельной прочностью и жесткостью.

Идеальная форма - обеспечивает максимум полезного эффекта, например, прочность, при минимуме используемого материала.

Идеальный процесс - получение результатов без процесса, то есть мгновенно. Сокращение процесса изготовления изделий - цель любой прогрессивной технологии

Решение задач по АРИЗ представляет собой последовательность по выявлению и разрешению противоречий, причин, породивших данные противоречия и устранению их использованием информационного фонда. Так выявляются причинно-следственные связи, суть которых - углубление и обострение противоречий.

Для этого в АРИЗ рассматриваются три вида противоречий:

• Поверхностное противоречие (ПП)

• Углубленное противоречие (УП)

• Обостренное противоречие (ОП).

Г. Альтшуллер их назвал соответственно:

• Поверхностное – административным противоречием (АП);

• Углубленное – техническим противоречием (ТП);

• Обостренное – физическим противоречием (ФП).

Если из условий задачи известно, какой должна быть готовая система, и задача сводится к определению способа получения этой системы, можно использовать метод "шаг назад от ИКР". Изображают готовую систему, а затем вносят в рисунок минимальное демонтирующее изменение.

Например, если в ИКР две детали соприкасаются, то при минимальном отступлении от ИКР между деталями надо показать зазор. Возникает новая задача (микро-задача): как устранить дефект?

Разрешение такой микро-задачи обычно не вызывает затруднений и часто подсказывает способ решения общей задачи.

Если бы для решения могли быть использованы ресурсные вещества (в том виде, в каком они даны) задача, скорее всего, не возникла или была бы решена автоматически. Обычно нужны новые вещества, но введение их связано с усложнением системы, появлением побочных вредных факторов и т.д. Суть работы с ВПР в четвертой части АРИЗ в том, чтобы обойти это противоречие и ввести новые вещества, не вводя их.

Шаг 4.3. состоит (в простейшем случае) в переходе от двух моновеществ к неоднородному бивеществу ( прообраз современных композиционных материалов ).

Может возникнуть вопрос: возможен ли переход от моновещества к однородному бивеществу или поливеществу?

Аналогичный переход от системы к однородной бисистеме или полисистеме применяется очень широко (отражен в стандарте 3.1.1). Но в этом стандарте речь идет об объединении систем, а на шаге 4.3. рассматривается объединение веществ.

При объединении двух одинаковых систем возникает новая система. А при объединении двух "кусков" вещества происходит простое увеличение количества.

Вещество представляет собой многоуровневую иерархическую систему. С достаточной для практических целей точностью иерархию уровней можно представить так:

• минимально обработанное вещество (простейшее техновещество, например проволока);

• "сверхмолекулы": кристаллические решетки, полимеры, ассоциации молекул;

• сложные молекулы;

• молекулы;

• части молекул, группы атомов;

• атомы;

• части атомов;

• элементарные частицы;

• поля.

Суть правила 8: новое вещество можно получить обходным путем - разрушением более крупных структур ресурсных веществ или таких веществ, которые могут быть введены в систему.

Значит исходя из правила 8 модульная конструкция это один из путей достижения идеального конечного результата при котором принципиально модуль не отличается от массивного моновещества

Исходя из практики построения модульных систем , можно сделать вывод , что модулирование это путь к более простому решению проблем , которое постепенно может привести к моменту достижения идеального конечного результата

Суть правила 9: возможен и другой путь - достройка менее крупных структур.

Суть правила 10: разрушать выгоднее "целые частицы (молекулы, атомы), поскольку нецелые частицы (положительные ионы) уже частично разрушены и сопротивляются дальнейшему разрушению; достраивать, наоборот, выгоднее нецелые частицы, стремящиеся к восстановлению.

Опять это подчёркивает выгоду достройки системы частями, то есть модулями

Один из механизмов образования новой системы при объединении одинаковых систем состоит в том, что в объединенной системе сохраняются границы между объединившимися системами. Так, если моносистема - лист, то полисистема - блокнот, а не один очень толстый лист.

Но сохранение границ требует введения второго (граничного) вещества (пусть это будет даже пустота). Отсюда шаг 4.4. - создание неоднородной квазиполисистемы, в которой роль второго - граничного - вещества играет пустота.

Правда, пустота - необычный партнер. При смешивании вещества и пустоты границы не всегда видны. Но новое качество появляется, а именно это и нужно.

Допустим , что в принципе построена принципиальная схема разделения некого количества моновещества ( моноструктуры ) на ряд полноценных автономных модулей

Как можно проверить или это решение по разукрупнению не вызвало дополнительных противоречий всех уровней ?

Необходимо провести предварительную оценку полученного решения.

Контрольные вопросы:

а) Обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР-1 ("Элемент сам...")?
б) Какое физическое противоречие устранено (и устранено ли) полученным решением?
в) Содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществлять управление?
г) Годится ли решение, найденное для "одноцикловой" модели задачи в реальных условиях со многими циклами?

Теперь о биомеханике :

Математики предложили объяснение модульному строению биологических систем.

По словам ученых, двигателем ее возникновения могла быть экономия ресурсов. Работа пока не принята к публикации, но ее препринт доступен в архиве Корнельского университета.

Исследователи пытались понять, почему биологические системы построены по модульному принципу.

Это свойство хорошо известно биологам и заметно на разных уровнях строения организмов. Модульностью обладают сети взаимодействия генов и белков в клетке, сети нейронов, кровеносная система, и так далее.

Преимущества модульности для ускорения эволюции очевидны любому инженеру - она позволяет заменять одни компоненты другими, не меняя общую схему работы системы.

Однако не вполне ясно, как то, что ускоряет эволюцию, само возникло в результате эволюции. Иначе говоря, непонятно, что именно являлось двигателем отбора в пользу модульных систем и инженерной "разумности".

Выводы ученых основаны на двух параллельных симуляциях эволюции нейронных сетей. Сети в эксперименте должны были научиться распознавать определенный набор сигналов. Те сети из первоначального набора, которые делали это лучше других, "размножались" и давали множество похожих, но не идентичных новых сетей.

Параллельно проводилось два отбора: отбор по критерию качества распознавания сигнала и отбор, где учитывалось также количество затраченных ресурсов. Во втором случае сети, содержащие большее число связей при одинаковом качестве распознавания, считались неэффективными и исключались из отбора.

Через некоторое количество циклов эволюции ученые взглянули на топологию образовавшихся сетей. Оказалось, что сети, где ресурсы не экономились и количество связей не учитывалось, представляли собой "мешанину" из связей.

В параллельной симуляции, где экономия ресурсов была важна для эффективности, сети образовывали четкие модули, компоненты которых плотно связаны друг с другом и слабо - с остальной системой.

Такие сети в дальнейшем могли эволюционировать быстрее за счет копирования и перетасовки готовых компонентов.

Исследования по топологии сетей объединяют самые разные традиционные дисциплины - от математики и информатики до эволюционной и нейробиологии.

Сети с похожим строением и свойствами (например, безмасштабные) можно одинаково легко найти в мозге, ДНК, транспортной инфраструктуре или социальных медиа.