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© G.Altshuller. “Técnica y Ciencia”, 1979, Nº 4

ANÁLISIS SUSTANCIA-CAMPO
_______________________________________________________________
Traducido del ruso por TATIANA ZAGORODNOVA
Revisado por JUAN C. NISHIYAMA y CARLOS E. REQUENA
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL PACHECO, ARGENTINA

Especialmente para la Fundación G.S.Altshuller.
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NAVEGANDO EN EL OCÉANO DE  LOS PROBLEMAS

VOCABLO, QUE AÚN NO ESTÁ EN LOS DICCIONARIOS

Recordemos la conclusión principal del trabajo anterior (“Fórmulas para un pensamiento talentoso”): Para la resolución creativa de los problemas técnicos, se requiere de un programa que permita detectar y eliminar de manera metódica las contradicciones físicas y técnicas. Resulta lógico preguntarse: “¿Acaso no existen problemas, que no estén relacionados con la eliminación de estas contradicciones?”.

Problema 7. Se tiene un material termoplástico (polímero lineal). De este se requiere elaborar láminas (de un metro por un metro) con pelos finos, es decir, con salientes del mismo material en forma de agujas de 10 mm de altura y con muchas decenas de ellas por centímetro cuadrado. Se intenta diseñar un método de elaboración simple, de alta productividad y de bajo costo. La fundición y el estampado originan demasiados rechazos en la producción.

La contradicción no se observa, sin embargo, el problema existe, y se  procederá a su resolución. En el primer artículo hemos estudiado una serie de esquemas y dispositivos, en los cuales se dirige el estado de agregación de una sustancia mediante la acción de un campo magnético sobre partículas ferromagnéticas, introducidas en la sustancia o que están en contacto con ella. Probemos utilizar este principio. Supongamos que dentro del material plástico se agregó un polvo ferromagnético. Si ahora acercamos al material plástico calentado un imán con agujas y luego comenzamos a elevarlo, entonces cada aguja va a estirar tras de sí al material en finos hilos de plástico: he aquí el formado de la vellosidad...

Anotemos esta solución al estilo de las fórmulas de las ecuaciones químicas. Según las condiciones del problema existe una sustancia, la cual rotularemos con la letra S. Con una flecha punteada indicaremos que, según las condiciones del problema, la sustancia es poco manejable y se necesita aprender a manejarla:
 
 


Ahora anotemos la respuesta. Hemos introducido un campo magnético CM, que influye sobre el polvo ferromagnético SF, que a su vez influye sobre S:


Unimos lo “dado” y lo “obtenido” por una flecha doble, esta nos permite reemplazar la frase “Para la resolución del problema hay que pasar a”:


La anotación indica claramente la clave para la resolución. Teníamos una sustancia (S) que no se sometía a una influencia inmediata. Hemos hecho un rodeo: tomando un par en interacción “campo magnético–polvo ferromagnético” (CM-SF) y lo hemos unido con la sustancia existente dentro de un sistema único y manejable. Ahora se observa la contradicción, estaba oculta dentro del problema, y la hemos superado: el campo no influye sobre la sustancia (no existen campos que puedan por sí mismos formar vellos sobre las láminas) y el campo influye sobre la sustancia (a través de una segunda sustancia – el polvo ferromagnético).

Para el problema siguiente, estimamos que el lector puede resolverlo antes de terminar de leer las condiciones. El problema no es sencillo: este fue utilizado para las lecciones en los colegios de creatividad técnica durante varios años y nunca lo pudieron resolver antes de la enseñanza.

Problema 8. En una fábrica de máquinas agrícolas, existe una pequeña pista de pruebas (30 m x 20 m) para ensayos de arranque de máquinas, maniobras, etc. La empresa recibió un nuevo pedido – la producción debe ser suministrada a varios países. Se calculó que era necesario ensayar sobre 150 tipos de terrenos. ¿Construir 150 tipos de pistas?...

Desde luego, simplemente hay que agregar en el suelo partículas ferromagnéticas y accionando con un campo magnético, modificar las características del terreno en la misma pista de pruebas.

El campo magnético trabaja perfectamente junto con el polvo ferromagnético. Es por eso que hay muchas soluciones técnicas que se adaptan a la fórmula (1). El triangulo formado por campo magnético, partículas ferromagnéticas y sustancia (el producto)  recibió la denominación de campo-fe (campo ferromagnético). Es un término nuevo, y aún no esta en los diccionarios…

 

SUSTANCIA-CAMPO – ES UN SISTEMA TÉCNICO MÍNIMO


Existen otros campos y otras sustancias que responden bien a las influencias de estos campos. Por lo cual, el campo-fe es un caso particular de sustancia–campo (triángulo formado de dos sustancias y un campo).
Problema 9. Luego del montaje y la carga de las unidades refrigerantes, se debe verificar si existen pérdidas de líquido de trabajo. ¿Sus propuestas?

Anotemos la solución en forma de relación sustancia – campo:

Existe la sustancia S1 (gota del líquido, debida a una filtración); se necesita que esta sustancia proporcione una señal de su presencia (flecha punteada, dirigida desde S1). Para la resolución del problema se debe pasar a la relación sustancia–campo, uniendo S1 con la sustancia S2, que pueda dar el campo C “de señal”. En calidad de S2 se puede utilizar, por ejemplo, una sustancia luminiscente. Entonces, resultará más cómodo formular la “reacción” obtenida de la siguiente manera:


La sustancia S2, relacionada con la S1 transforma el campo óptico (electromagnético) C, originando en la salida una señal fácil de detectar (campo C´).
En el banco de patentes se pueden descubrir muchas soluciones técnicas, inclusive poderosas, ingeniosas, inesperadas, basadas en las “reacciones” entre la 1 y la 2.

 

¿POR QUE PRECISAMENTE EL TRIÁNGULO?


A esta pregunta se puede contestar con otra pregunta: ¿Por qué en las matemáticas se le da tanta importancia al triángulo? ¿Por qué se ha creado una rama especial de las matemáticas – la geometría? La respuesta es evidente: el triángulo – es una figura geométrica mínima según su cantidad de elementos; cualquier otra figura se puede dividir en triángulos. El campo-fe – es un sistema técnico mínimo. Cualquier sistema técnico se puede representar en forma de la sumatoria de los campos-fe. Por ejemplo, en la parte derecha de la fórmula (2) – hay un rombo, es decir dos triángulos. Por eso tiene tanta importancia conocer las reglas de la construcción y la transformación de la sustancia–campo. La regla más sencilla ya se conoce: Para la construcción de un sistema técnico mínimo se requieren dos sustancias y un campo.
Problema 10. Dada una mezcla de trozos de corteza y de madera similares por su tamaño y con igual densidad. ¿Cómo separarlos?

¿Qué puede ser más fácil que este problema... ahora, cuando se conoce la regla general? Hay dos sustancias; hay que agregar un campo. Se conocen cuatro campos: Electromagnético, gravitatorio, interacciones fuertes y débiles. Dejamos los dos últimos campos – ¿para qué usar fuerzas atómicas en la solución de un problema como este? Y de acuerdo con las condiciones del problema, el campo gravitatorio tampoco sirve (las densidades de las sustancias son equivalentes).  Queda la influencia electromagnética. La corteza y la madera no poseen propiedades electromagnéticas. Por consiguiente, para la construcción de la sustancia–campo, se necesita el campo eléctrico. La idea de la solución es deducida con exactitud matemática, se puede realizar el experimento decisivo: Si las sustancias dadas se cargan diferentemente, el problema está solucionado.

¿Y si estas (supongamos) se cargan igualmente? En una de las sustancias, antes de su mezclado, habrá que introducir S3, por lo menos el mismo polvo ferromagnético. Se obtiene una relación sustancia–campo compleja.

Como regla, la posibilidad de construir relaciones sustancia–campo complejas, amplía considerablemente el campo de acción al llevarlo a cabo.
A propósito, sobre las palabras “sustancia” y “campo”:

En el análisis sustancia–campo (es decir, el análisis de estructuras de sustancia-campo bajo la síntesis y la transformación de los sistemas técnicos) por  “sustancia” se entiende no solamente la sustancia en sí, sino también los sistemas técnicos o sus partes, y a veces el medio exterior. Por ejemplo, si en el problema se trata del incremento de la velocidad de movimiento de rompehielos en los hielos, entonces las sustancias son: el rompehielos y el hielo.

Además de los cuatro campos físicos “legítimos”, en el análisis sustancia–campo, se utilizan “campos” térmicos, acústicos, mecánicos. Para terminar con los principios del análisis sustancia–campo, agregamos que está establecido anotar a las sustancias en una línea, los campos de entrada – sobre la línea, y los campos de salida – bajo la línea. En términos generales, una relación sustancia–campo (sin definir) se señala con un triángulo, una acción - con una línea y una acción inadecuada - con una flecha ondulada o una línea.

Problema 11. Imaginemos que se necesita comprimir un resorte (de 100 mm de largo y de 10 mm de diámetro), ubicarlo (verticalmente) entre las páginas de un libro, y luego cerrar el libro sin dejar que el resorte se descomprima. Se puede comprimir el resorte con dos dedos. Sin embargo, luego será necesario retirar los dedos, pues si no, no se podrá cerrar el libro... Surge una situación análoga en el montaje de algunos dispositivos. Se necesita comprimir un resorte, ubicarlo y cerrar con una tapa. ¿Pero como hacerlo sin dejar que el resorte se descomprima? Atar el resorte no se puede, dentro del aparato debe estar en funcionamiento.

Realice un esquema de resolución mediante la aplicación del análisis sustancia-campo. ¿Con qué datos contamos? ¿Qué debemos introducir para concretar la construcción de la sustancia-campo? ¿En que consiste su modelo sustancia-campo?: ¿Qué sustancias son tomadas, qué campo es el elegido y como funciona la relación sustancia-campo?

 

JUGADA CON EL CABALLO DE TROYA


Como usted sabrá, la ciudad de Troya resistió un asedio de diez años. Allí, por el consejo del ingenioso Ulises, los griegos construyeron un caballo gigante de madera. Dentro del mismo, se escondió un grupo de guerreros armados. Dejando el caballo sobre la playa, los griegos abandonaron el campo de batalla fingiendo levantar el sitio y volver al mar. Los Troyanos se lanzaron hacia el campamento abandonado y hallaron allí al caballo de madera. Llevaron este trofeo a la ciudad. A la noche los guerreros salieron del caballo, mataron a los guardias y abrieron el portón al ejército griego que estaba de regreso. Troya cayó...

No hay lugar para la afirmación de que Homero pudo prever la aparición del análisis sustancia-campo. Sin embargo, en la historia del caballo de madera se refleja con exactitud una de las ideas más importantes del análisis sustancia–campo. Por lo general, la clave del problema consiste en que algunas sustancias no pueden ser manejadas - no cambian del modo requerido, no dan información alguna acerca de su presencia o su estado. El asedio infructuoso de una sustancia rebelde puede durar años. Nada dará resultado hasta que no sea utilizado el caballo de Troya – el agregado de una sustancia que cumple fácilmente con lo requerido.

El paso con el caballo de Troya fue visto en la fórmula (1), dentro de la idea sobre la construcción de la sustancia-campo. En realidad S3 también toma el papel de caballo de Troya dentro de la fórmula de la relación sustancia-campo compleja. Con frecuencia las condiciones del problema imponen directamente la prohibición de la introducción de sustancias “ajenas”. En este caso el análisis sustancia–campo dispone de una tropilla entera de caballos de Troya – un conjunto de métodos envolventes e ingeniosos. A continuación mencionaremos algunos de ellos:
1) No utilizar agregados, sino una representación del agregado;
2) No agregar una sustancia, sino un campo (eléctrico, magnético);
3) Los agregados se introducen en dosis extremadamente pequeñas;
4) En lugar de un agregado interno, se utiliza un agregado externo;
5) Hacer un agregado temporario;
6) En calidad de agregados, utilizar una parte de la sustancia existente, pero pasada a otro estado de agregación;
7) El agregado se introduce en forma de una unión química, de la cual ella luego se deshace.
Problema 12. Dentro de una máquina textil se desliza un hilo. Recorre un largo camino y además se estira. ¿Cómo se puede controlar el grado de estiramiento del hilo? No se puede detener el hilo. Tampoco, se puede aplicar sustancias ajenas sobre el hilo, aún en dosis muy pequeñas o temporalmente. ¿Qué hacer?

Desde el punto de vista habitual, las prohibiciones mencionadas en las condiciones del problema, lo agravan. En cambio, para nosotros, estas prohibiciones simplifican la resolución: dos caballos de Troya de los siete se descartan...

 

MUY SENCILLO: SUSTANCIA QUE  EXISTE Y SUSTANCIA QUE NO EXISTE...


Desde hace mucho tiempo, la gran variedad de problemas inventivos mantuvo a los investigadores de las técnicas de creatividad en un estado de confusión. ¿Qué clase de métodos puede existir en común si los problemas son irrepetibles? Trataban de clasificar los problemas según sus rasgos funcionales y por sus ramificaciones, lo cual únicamente incrementaba la confusión: de repente hallaron que algún problema de carácter metalúrgico es parecido a otro, por ejemplo, de carácter electrotécnico; y dos problemas que aparentan ser iguales sobre el control de los parámetros de la sustancia tienen soluciones muy distintas...

El análisis sustancia–campo, generó sus principios para la clasificación de los problemas. ¿Cuántos elementos (sustancias, campos) hay en el problema? ¿Cuáles son estos elementos (campos o sustancias)? ¿Hay posibilidad de introducción de elementos adicionales? ¿Es un problema de medición (se necesita un campo en la salida) o de modificación de un objeto (se requiere un campo en la entrada)? A primera vista, parecen principios extraños. Sin embargo, no nos resulta extraña la clasificación de los elementos químicos de acuerdo al número de electrones en la capa electrónica externa del átomo...      

El análisis sustancia–campo, descartando todo lo superficial, eventual, permitió construir la clasificación, que indica los caminos de solución para cada clase de problemas.

Todos los problemas están divididos en tres tipos – de acuerdo a la cantidad de elementos en el problema modelo (uno, dos o tres elementos; otros problemas más complejos se ajustan a los tres ítems anteriores). Los problemas del primer tipo se solucionan “directamente” – mediante la terminación de la construcción de la relación sustancia-campo. Análogamente a la química: Todos los halógenos tienden a recibir su electrón para terminar de construir su capa electrónica externa. Las diferencias entre los distintos halógenos pasa al segundo plano ante esta peculiaridad general y principal.

“Directamente”, es decir sin análisis, también se solucionan los problemas de segundo y tercer tipo. Sin embargo, lo más importante es otra cosa: Para cada clase de problema (en la clasificación actual son 18) el análisis sustancia–campo ofrece una fórmula general, que indica la dirección hacia la solución. A veces esta fórmula ofrece directamente una respuesta. Frecuentemente se necesita ayudar a terminar la solución con un análisis. Pero, ¡Cuánto simplifica el camino al objetivo, el conocer la dirección hacia el mismo!   

Problema 13. En las centrales termoeléctricas, el carbón llega desde una carbonera al molino de bolas a través de una cinta transportadora. Después de la molienda, el polvo de carbón es dirigido a través de un conducto hacia el separador. Las partículas gruesas de carbón vuelven a la molienda y el polvo de carbón se lo dirige hacia las cámaras de combustión. Todo sale bien si el carbón no está húmedo. Sin embargo, frecuentemente a la carbonera llega el carbón muy humedecido. Se adhiere a las paredes de los tubos cuando se lo transporta al molino. ¿Cómo solucionar el problema?

El problema es de tercer tipo (hay tres elementos), que contiene seis clases de problemas. Encontrar la clase necesaria es sencillo: Tenemos el problema sobre la destrucción de la sustancia–campo. Para la solución de los problemas de esta clase, el análisis sustancia–campo recomienda introducir una tercer sustancia entre las dos ya existentes, que provoca la modificación de una de ellas (o la modificación de la mezcla entre ambas sustancias existentes).

Nuevamente nos encontramos frente a una fórmula para la supresión de una contradicción: La tercera sustancia existe (por lo tanto, la sustancia–campo esta extinguida) y al mismo tiempo la tercera sustancia como si no hubiera existido (por lo tanto, no hay gastos para esta sustancia, no hay dificultades relacionados con la misma). Los norteamericanos, por ejemplo, propusieron revestir por dentro a los conductos para el carbón con plástico fluorocarbonado. La sustancia–campo fue destruida (se introdujo una tercer sustancia). En la práctica el carbón desgastó rápidamente el recubrimiento, la idea fracasó.

Según la fórmula (4), en calidad de tercera sustancia se debe tomar un metal modificado o carbón modificado. El difícil problema se transformo en preguntas sencillas. ¿Cómo modificar el metal, para que no se adhiera el carbón húmedo? ¿Cómo modificar el carbón húmedo, para que no se adhiera al metal? La respuesta es evidente: En calidad de una capa intermedia fina entre el metal y el carbón húmedo se necesita utilizar carbón seco. Para este fin se puede utilizar el carbón en polvo, que requiere una segunda molienda. El mismo se dirige a la molienda y al ingresar allí envuelve el carbón húmedo. La tercera sustancia existe y no existe. La capa intermedia de carbón seco no requiere gastos de materiales, y no se rompe. ¡Cuántas variantes “inútiles” han sido probadas, cuando el problema se intentaba resolver por el camino del método de prueba y error!

 

PUENTE ENTRE LA FÍSICA Y LA TÉCNICA

El análisis sustancia-campo tiene otra importante faceta. Las claves para la resolución de problemas difíciles, frecuentemente resultan ser los efectos físicos. Es por eso, que es muy importante hallar un método que conduzca el problema al efecto físico correspondiente. El análisis sustancia-campo, justamente, resulta ser este método, ya que los efectos físicos pueden ser expresados en forma de sustancia-campo.

En el caso más simple, la denominación del efecto físico buscado, se puede obtener uniendo los nombres de los campos de entrada y de salida de la relación sustancia-campo construida.

Problema 14.  La medición de alta tensión (2000 – 2500 kilowatt) y de la corriente en los conductores que se encuentran bajo esta tensión, resulta un difícil problema. Se requiere de una enorme construcción, que esté aislada de la tensión total – un “estante” entre 10–12 metros de altura. Se necesita un modo más simple y exacto de medición.

Anotemos lo que está dado según condiciones de problema:

Tiene similitud con la fórmula (2). Sin embargo, antes había una sustancia, y ahora tenemos un campo. Por ahora no conocemos otras fórmulas, por analogía nos queda seguir con la fórmula (2):


Tenemos respuesta en forma de sustancia-campo: Hay que introducir en el campo C1 una sustancia S, la cual de acuerdo a los parámetros del campo C1 pueda modificar los parámetros del campo C2, el cual atraviesa esta sustancia. Si por ejemplo, queremos tener en la salida, como en el problema 9, un campo óptico, debemos utilizar un efecto electro óptico (efecto Kerr).

Tal vez, en un futuro muy cercano, el libro de mesa para un innovador será la guía de “Efectos y fenómenos físicos en forma de sustancia-campo”...

 

NUEVA EJERCITACIÓN


Fórmulas – es maravilloso, pero tenemos que desarrollar nuestra imaginación. En caso contrario será difícil ver y aceptar aquellas ideas inesperadas, a las que conducen las fórmulas.
Ejercitación para la supresión de barreras psicológicas.
Ejercicio 2. Imaginen un animal fabuloso, que habita en medioambiente sólido. ¿Cómo estará constituido este animal? ¿Cómo se desplazará? ¿Con qué se alimentará? Prueben crear la “imagen” polifacética del animal… La barrera que usted tendrá que superar, es la noción habitual sobre el mundo animal.
(Continuará)


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