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1.11 Il sistema ideale

Aggiornamento: 14 nov 2021

Quando usare il concetto di sistema ideale


Il sistema ideale è quello che fornisce la funzione desiderata senza bisogno di esistere. La differenza fra sistema attuale e sistema ideale dovrebbe essere ridotto a zero. Il modello ideale diviene un obiettivo cui tendere, distruggendo quindi i tradizionali concetti di sistema efficiente. (Nella metodologia TRIZ il concetto di sistema ideale cui tendere viene largamente identificato con IFR, ovvero Ideal Final Result.) Quello di sistema ideale è un concetto molto ampio, mentre la soluzione o l’approssimazione all’ideale dipendono dalle situazioni particolari che ci si trova ad affrontare. Le risorse sono infatti diverse per individui e luoghi differenti. L’idea di cercare di identificare un’utile funzione primaria che sia soddisfatta da un sistema “non esistente” aiuta ad ideare soluzioni innovative in poco tempo.


Alcuni esempi: I progettisti che si occupavano del sistema di illuminazione dei veicoli lunari, avevano molte difficoltà nel trovare una copertura per le lampadine dei loro mezzi, in grado di resistere alle scosse ed alle vibrazioni generate dal viaggio spaziale. Una proposta di soluzione fu quella di utilizzare le stesse lampadine utilizzate nei carri armati. Quando il capo progetto vide la soluzione proposta, chiese il motivo per cui ci si stava preoccupando tanto per una copertura (il bulbo in vetro della lampadina) la cui funzione è di non far entrare in contatto l’ossigeno con il filamento, quando non c’è praticamente ossigeno sulla luna. Il vuoto parziale esistente sulla superficie lunare è una risorsa che elimina la necessità del vetro. La funzione viene quindi soddisfatta senza la necessità di un sistema. In un successivo programma spaziale per Venere, uno scienziato di fama chiese di poter includere nel modulo spaziale l’equipaggiamento per un suo esperimento importante; il peso del sistema era di circa 10 kg. Gli fu risposto che non era possibile, in quanto ogni grammo disponibile era già stato assegnato. Non accettando la risposta egli identificò 16 Kg di zavorra e propose di sostituirne 10 Kg con il suo equipaggiamento. La zavorra era una risorsa che non era stata presa in considerazione. In altre parole la funzione è eseguita in modo ideale utilizzando risorse esistenti. Il concetto di soluzione ideale dovrebbe essere esplicitamente presa in considerazione nell’applicazione di TRIZ. Definire la soluzione ideale e scostarsi da essa il meno possibile permette di identificare delle sfide tecniche diverse da quelle offerte dalla definizione della contraddizione tecnica.


Un caso di avvicinamento al sistema ideale


Un semplice esempio illustra come il risultato ideale finale spesso venga raggiunto utilizzando risorse esistenti. Un fornello leggero da campeggio a benzina bianca funziona quando la benzina è nella fase gassosa. Per accenderlo vengono messe alcune gocce di benzina bianca in una cavità presente sul serbatoio, intorno al tubo di ottone che collega il serbatoio al bruciatore. La benzina viene quindi accesa. Il calore riscalda il tubo di ottone e quindi l’aria all’interno del serbatoio, che crea una pressione in grado di spingere la benzina dal serbatoio al bruciatore. Quando il liquido viene riscaldato fino a divenire gas, il processo si autosostiene: il calore della fiamma si trasmette attraverso il tubo di ottone al serbatoio e quindi al liquido, creando la pressione che spinge il liquido su per il tubo alimentando la fiamma stessa. (il tutto viene realizzato utilizzando le risorse già presenti nel sistema (fiamma, calore, temperatura di evaporazione della benzina, etc. evitando la necessità di complessi sistemi per il pompaggio del carburante verso il bruciatore.) Questa interazione spiega il motivo per cui i campeggiatori invernali che mettono il serbatoio di ottone nella neve o sul ghiaccio non riescono a far funzionare il fornelletto. In tale situazione, infatti, il calore sottratto dalla neve o dal ghiaccio rappresentano una risorsa ambientale negativa.

È quindi necessario isolare in qualche modo il fornello dalla neve. Un altro esempio di fattori ambientali che diventano risorse utili è il generatore domestico di corrente ideato in Svezia. Un progetto di ricerca del 1996 condotto in Svezia ha mostrato come dei fattori ambientali negativi possono essere utilizzati per ottenere risultati positivi. Alcuni ricercatori del Royal Institute of Tecnology di Stoccolma (Anders Killander) studiarono delle modalità alternative per generare elettricità nelle zone di campagna difficilmente raggiungibili dalle normali linee elettriche. Utilizzando il pensiero per analogia, è possibile formulare il seguente ragionamento: la principale differenza fra un motore ed un generatore è l’inversione fra input ed output. Un generatore converte energia cinetica (rotazione) in elettricità, un motore converte elettricità in energia cinetica (rotazione). Esistono sistemi di misurazione che dipendono da piccoli cambiamenti di alcune proprietà fisiche. Se troviamo un fenomeno fisico che utilizza o genera elettricità, possiamo cercare di utilizzarlo per la soluzione di questo problema. Il risultato ideale è quello di riuscire a generare elettricità dal nulla. Guardando agli effetti fisici descritti in Appendice, le modalità di misurazione della temperatura possono offrire offre numerosi spunti. L’effetto Seebeck può essere un esempio. Un generatore termoelettrico basato sull’effetto Seebeck può essere interessante. Andres Killander, il leader del progetto, utilizzò TRIZ durante la sua ricerca. (Pochi ingegneri elettronici conoscono l’effetto Seebeck, per cui la base di conoscenza strutturata contenuta nell’Apeendice A è molto utile se non indispensabile alla soluzione del problema) Nel 1821 T.J. Seebeck scoprì che in un circuito chiuso, fatto da due metalli conduttori differenti a diversa temperatura, si genera corrente elettrica. La forza elettromotrice che genera la corrente è, in prima approssimazione, direttamente proporzionale alla differenza di temperatura fra i due conduttori. Il coefficiente di proporzionalità dipende principalmente dal tipo di materiale utilizzato. Per le termocoppie metalliche il coefficiente va da circa 10 a 50 microvolts/K, mentre per le termocoppie che utilizzano materiali semiconduttori, il valore è decisamente più elevato (ad esempio 0,1 V/K).

L’effetto Seebeck è spesso utilizzato per misurare la temperatura ed è largamente utilizzato in dispositivi che trasformano direttamente il calore in energia elettrica. Per le termocoppie metalliche l’efficienza di trasformazione è nell’ordine dello 0,1%, mentre per le termocoppie a semiconduttori è di circa 15% o più. Per generare elettricità è stato utilizzato un dispositivo senza parti mobili, appoggiato sopra una stufa a legna. Il dispositivo era dotato superiormente di alette per il raffreddamento e la generazione del differenziale di temperatura. Il sistema descritto che utilizza l’effetto Seebeck per fornire potenza limitata alle case rurali è affidabile ed ha un costo unitario di circa 150 dollari. Molto probabilmente la richiesta di energia elettrica da parte delle comunità rurali crescerà in un futuro a livelli superiori alle capacità di produzione del dispositivo illustrato. Questo fatto può di contro essere visto come una opportunità per nuove applicazioni dei concetti TRIZ.

Può sembrare strano, nell’attuale era tecnologica, utilizzare della conoscenza datata e dimenticata per risolvere problemi. La maggior parte dei dispositivi elettrici odierni richiede una potenza limitata, rendendo possibile l’utilizzo di generatori basati sull’effetto Seebeck. La tabella riportata in Appendice fu creata da Altshuller nel 1976. Un elenco ancora più completo è disponibile in un opuscolo pubblicato da Gorin nel giornale russo “Effetti fisici per inventori ed innovatori”.Strumenti di questo tipo espandono le risorse intellettuali, aprendo un mondo di possibilità di innovazione


 

Testo estratto da: Innovazione sistematica - un'introduzione a TRIZ, la teoria per la soluzione dei problemi inventivi - John Terninko, Alla Zusman, Boris Zlotin Traduzione di Sergio Lorenzi

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