(1)問題研究
主持人和專家預先研究發明物,分析有關的問題。
(2)問題說明
當會議開始,主持人提出問題,專家必須向成員說明問題,因為成員不是解決該問題的專家。但不必詳細地解釋,隻要講明就行了。
(3)提出試行方案
要求每個成員提出與所要解決問題相關的設想。主持人要竭力鼓勵成員提出各種設想,設想越多越好。
(4)寫出解決問題的要點
根據應解決的問題必須達到的目標的設想,寫出能反映該設想實質的要點(或關鍵詞)。
(5)類比—聯想
在綜攝法中類比—聯想分為直接類比、擬人類比和象征類比。直接類比—聯想是指通過聯想直接找到與發明物相似的東西,並從中獲得有益的啟示。如海豚橡膠皮就是直接從海豚皮能有效地減少阻力中獲得啟示,而發明出來的包在魚雷上的一種橡膠。擬人—聯想類比是指成員進行“角色”轉換,變成要發明的對象,設身處地體會發明物的功能、承受能力……等,從中找出較為理想的啟示。例如“改革已有的起重機”,可以叫一位成員扮演成起重機,並且能和人進行對話,既能回答其他成員提出的問題,又能向其他成員提出問題。
象征類比—聯想是從某種景像、物體中獲得某種無法直接仿效、但確可獲得啟示的行為或方式。為了打破思維習慣,我們建議從幻想、童話、寓言、神話、小說中尋找啟示。例如從“愚公移山”中的移山大力神,聯想到改革起重機。
(6)類比的選取
根據解決問題的目標,研究各種類比設想,從而選出可用於實現的方案。
(7)適應性聯想
將各種選出的方案與現實所用的實際方案綜合起來,產生既可實現又有絕招的方案。
(8)製定方案
專家將適應性聯想所得到的方案綜合起來,並且通過實驗、檢查確定方案,並定出完整的、具有可操作性的方案。戈登曾用這個技法成功地解決了“怎樣調查石油礦床中的原油量?”
①問題研究:怎樣查明石油礦中的原油含量?②問題說明:目前,通過分析岩芯中的提取物來推測。③提出試行方案:應無特別規定,所以設想很多。④寫出要點:弄清石油是如何存在於礦床岩石中的。⑤類比設想:想象出各種狀態的實例……。⑥類比選擇:含餡的點心的內壁。
⑦類比研究:把內壁水解,可得知其餡的含量。
⑧適應目標:隻要找到邊緣處的岩芯,加以化學分解……
⑨編製方案:專家進行。
三、仿生技法
仿生技法是仿生學在創造發明過程中的運用。仿生學在古代就有。但現代仿生學則誕生手1960年,創始人是美國空軍宇航局少校J.E·斯蒂爾。1960年,他發起了由700名生物學家、物理學家、數學家、心理學家、工程師……等各種專業人員組成的研討會,宣告仿生學成立。
仿生學是為了解決技術難題,運用和借鑒生物係統知識的學問。它可以模仿生物體的外形,如鯨的流線型;可以模仿生物體的部分結構,如植物的葉子;可以模仿生物體的某種特殊器官,如狗的嗅覺;可以模仿生物體的整體功能,如企鵝的滑行……。
仿生技法的一般程序是:尋找原型,分析原型的機理,模擬實驗,發明裝置。
1.尋找原型
至今人們還無法確切地了解地球上有多少物種。因此,發明者必須根據自己向往的目標,有方向性地、有目的地尋找某個生物,否則會如墮煙海,不知所措。在尋找原型時,可與生物學工作者合作,請他們當向導,這樣可起到事半功倍的效果。例如,軍械設計師希望發明一種能探測到潛水艇的靈敏度極高的儀器。傳統的探測儀器是聲納。這種儀器雖然具有體積小、使用方便、操作簡單等優點,但它的靈敏度比較低、判斷結果的正確率與人的經驗直接相關,所以效果不佳。美國有位設計師決心從生物中尋找啟示,幾年過去,毫無進展。後來,他向生物學家請教。不久,他就了解到大金槍魚和電鰻具有非常靈敏的探測本領。為什麼這兩種魚有如此奇特的感覺呢?為此,他開始研究它們的機理。
2.分析原型的機理
每一個生物都是一個非常複雜的係統,要打開這個係統似乎是不可能的。因此,人們常常用黑箱方法、反饋方法、功能模擬方法來研究生物體的某一部分。
在研究過程中,這位設計師發現,電鰻的靈敏感覺是由於其體內的發電器官,能產生大約幾千瓦功率的電。電在電鰻的四周產生電場,當一個物體進入電場,就會擾亂電力線的均勻分布態,引起整個電場的紊亂。這時,電鰻的頭部能很快接收到幹擾信息,並發射出強電,把它的對手擊昏。
3.模擬實驗
人為地製造一種與研究對象相似的客體(一般稱為模型),然後根據研究客體(一般稱為原型)所經受的各種條件,對模型施加作用,通過對輸入與輸出的分析,達到認識模型之目的。模型與原型不可達到完全的吻合,但可以相似。相似包括兩者的物理相似,即結構、功能及形狀的相似。它們的區別僅在於空間尺寸和用途不同;化學相似,即化合與化分的方式、元素的構成;機理相似,即產生行為的原理、原則相同……。發明者可根據需要來確定一種或幾種模擬實驗。由於模擬實驗既經濟又方便,所以得到廣泛的運用。例如,要設計電鰻式雷達,不可能直接把所設計的方案物化為現實的雷達進行實驗,而是先設計一個按一定比例縮小的“雷達模型”,然後放入人工海洋中對雷達模型進行探測實驗。通過人為地創造各種條件,來考察雷達模型的工作情況。經過反複的實驗,可以確定電鰻雷達的最佳形狀和結構。
4.發明裝置
這主要是指采用經驗和模擬實驗所得的結果,設計出所需發明的實物。例如,人們根據響尾蛇的鼻和眼的凹部中具有能敏感地檢測紅外線的性能(機理相似),製造出“響尾蛇”導彈。人們根據螢火蟲能發出光(功能相似),製造出“冷光”源。
四、功能類比技法
功能類比技法是我國學者根據係統工程方法原理,通過對發明方案的分析,總結出來的一種技法,是類比—聯想技法中的一種。它從所需發明物的功能著手,運用類比、經驗、邏輯、數學等方法,進行發明創造。該技法的步驟如下:
1.獲取信息
信息是創造發明的導火線。因此,卓越的發明家都十分注意收集信息。曾榮獲第35屆布魯塞爾尤裏卡世界發明博覽會金質獎的孫曹民就是這樣的。他發明的“電子消炎止痛膜”,就是從獲取信息開始的。
孫曹民從事火箭發動機研究,但興趣愛好比較廣泛,喜歡翻閱科技新聞。有一次他看到了這樣一條信息:1924年日本有一個名叫江口原一郎的海軍少校,在巴西發現一種棕櫚樹膠和蜂蜜、蜂蠟混合在一起製成的具有良好絕緣性能的固體棒。如果對它進行充電,那麼就會變成“永電體”。這一事實使物理學家麥克斯韋預言“有永磁體必有永電體”得到了驗證。後來,人們把這類永電體稱為“駐極體”。這一信息獲得以後,孫曹民想到了什麼呢?開始研究“駐極體”。
2.理性分析
所謂理性分析是指運用邏輯、數學和其他有關精密學科知識來剖析問題。經分析,駐極體就是在外場(磁場、熱輻射等場)的作用下,電解質激化或能俘獲電荷,當外場去除後,該電解質能夠長久地保持極化狀態。
3.廣泛的聯想
就是根據已經掌握的原理,聯想到發明物,消除原理與發明物之間的障礙,尋找把原理變為發明物的各種可能渠道。當孫曹民弄清了駐極體的機製以後,就進入到聯想階段。他想,有機高分子材料可以做成駐極體,生物有機體是由生物高分子構成的,並且本身就具有電磁效應,能不能把它當做駐極體呢?如果可以的話,能不能象利用電極控製火藥燃燒那樣,用某種電極作用於生命體,對生命體產生積極的作用呢?他還想到許多高分子如骨膠原、蛋白質、DNA、RNA、酶和血管等都存在駐極體效應(靜電效應、電壓效應和微電流效應),這是否說明生命現象和生物高分子的駐極體狀態有關係?科學家曾提出的“生命在於運動”是否就是因為生物保持駐極體狀態的緣故?……這些不受任何條件製約的聯想是發明過程中很重要的一步。但最重要的是使設想物化。
4.走向現實這是指把原理、聯想變為最終發明物的一個漫長過程。在這一階段需切合實際的設想、計劃、措施、行動。
孫曹民根據生物高分子具有駐極體三效應的最新研究成果,類比駐極體三效應可以調節,提出了生物高分子的三效應也是可以控製的設想。這是他向現實邁出的第一步。順著這條思路,他進一步想到生物體的損傷,必然導致它的駐極體三效應的破壞(當然,可能是其中的一種,也可能是兩種,也可能是全部)。那麼,能否找到一種人工可控的技術手段,使得受到損傷和被破壞了的生物駐極體效應得以恢複呢?回答是肯定的。要使機體的損傷部分盡快恢複,隻需針對這一部位的三種駐極體效應,施加一個負電極、或一個補償電壓、或一個微電流刺激。可是,怎樣施加這三種作用呢?做一個人工駐極體對生物駐極體施加影響行不行?帶著這些問題,孫曹民開始實驗、設計、選材,一步一步地使自己的創造思想變為物體,最後終於發明了能夠長久保持一定電位的三種高聚物駐極體膜,即聚四氟乙烯駐極體膜、聚丙烯超細纖維膜和硝化纖維素微孔駐極體膜。這三種膜分別是靜電效應、壓電效應和微電流效應的體現。人體局部損傷後,隻需貼上一小塊薄膜,就會起到止痛作用,還能加速機體恢複的進程。在人體脂肪少的部位對骨頭損傷也有一定的療效。因此,孫曹民把這種膜稱為“電子消炎止痛膜”。國外有些人稱其為“神奇的止痛膜”。
功能類比技法是孫曹民成功的秘訣:由有機絕緣材料製作駐極體→人體肌膚也是駐極體;由駐極體的三效應→人體受傷部位的三效應;由駐極體三效應可控製→三種薄膜,皆是功能類比起的作用。
172 科技發明的步驟