EASyTRIZ e o Meta Algoritmo da Invenção

Uma Análise do Segway e de Scooters Semelhantes Segundo EASyTRIZ

“Be transformed by renewing of your mind.”(*)

Na foto: Polícia de Estocolmo, Suécia, usando Segway para patrulhamento.

Neste post apresentamos uma aplicação do Método da TRIZ Moderna à invenção do Segway, segundo o método desenvolvido pelo Prof. Michael A. Orloff em seu livro Modern TRIZ – A Practical Course with EASyTRIZ Technology, cuja versão abreviada é adotada nos cursos da www.modern-triz-academy.com/, da qual somos representantes no Brasil.

A invenção que iremos analisar aqui conforme os princípios propostos por Genrich Altshuller, criador da TRIZ, e atualizados segundo EASyTRIZ, é um equipamento comum que pode ser visto nos shoppings de todo o Brasil, destinado a auxiliar o deslocamento rápido de guardas e vigilantes: o Segway, invenção de autoria do americano Dean Kamen.
Este scooter, por sua forma singular de deslocamento, desperta sempre a curiosidade dos que o veem se movimentando. O que tem ele de incomum, e como pode ele transportar uma pessoa em velocidade, sem que ela caia nem para frente ou para trás? Parece simples, mas não é.

Sabemos da experiência que bicicletas e motos permitem que seus usuários se desloquem sem cair não só devido ao princípio da inércia de todo o sistema, mas por funcionarem, máquina e motociclista, integrados em equilíbrio dinâmico no tempo real durante o deslocamento: uma moto em movimento sempre terá sua trajetória e equilíbrio corrigidos mediante feedback e ajuste contínuo da direção desejada pelo piloto.

Por sua vez, o Segway é um veículo de transporte não poluente, alimentado por duas baterias que lhe dão uma autonomia de cerca de 35 Km à velocidade máxima de 20 Km/h. Este veículo, não podendo se movimentar lateralmente, tem seus deslocamentos ocasionados pela inclinação que seu usuário dê ao guidão: para manter o equilíbrio, o conjunto homem-máquina utiliza-se da alocação dinâmica do centro de massa do sistema, permitindo a movimentação para a frente com auxílio de um motor elétrico e de giroscópios, destinados a manter o equilíbrio, dentro de condições dinâmicas de movimento ou de inércia, quando parado.

O Segway possui vários sistemas redundantes de segurança, dentre os quais estão uma rede inteligente de sensores que permitem que o veículo se auto-equilibre e se desloque em apenas duas rodas sem tombar. Esses sensores utilizam a informação fornecida por dois acelerômetros e por cinco giroscópios que analisam, 100 vezes por segundo, todas as variações do terreno e da posição do corpo do condutor.

Como poderemos entender este produto revolucionário tendo em vista a Modern TRIZ?

Na página 368 de “Modern TRIZ – A Practical Course with EASyTRIZ Technology” (Ref. 1), podemos ler:

TENDÊNCIA: Qualquer moto ou bicicleta permanece estável somente em movimento (estabilidade dinâmica) e, quando param, a tendência é cair para o lado.
O Segway possui uma diferença neste sentido, pois ele se desloca com rapidez e, quando parado, não cai para os lados como uma bicicleta: seu piloto permanece em pé, em posição ereta estabilizada e não precisa apoiar-se com os pés no chão, devido a um permanente controle dinâmico do centro de massa do sistema.

Do ponto de vista de uma invenção, a pergunta que se coloca é: Poderemos construir um veículo de duas rodas que estará apto a mover-se rapidamente à frente, transportando seu condutor e mantendo-se em posição ereta, sem que venha a cair quando parado?

SOLUÇÃO SEGUNDO Princípios da EASyTRIZ.

Podemos considerar aqui o META ALGORITMO DA INVENÇAO, o MAI T-R-I-Z, que é apresentado no kit de ferramentas MTRIZ na versão START de M. Orloff.

Antes de empregá-lo, examinemos como se pode criar uma invenção através da TRIZ, segundo o modelo concebido pelo referido professor. Na figura podemos observar que, para se alcançar o objetivo de atingir o RESULTADO FINAL IDEAL (IFR) de um invento qualquer, deve-se partir de um ARTEFATO PROTÓTIPO que esteja no ESTADO É para, através de MODELOS DE TRANSFORMAÇÃO, se chegar ao ARTEFATO-RESULTADO – ESTADO “NECESSITA”. Qualquer solução no meio do caminho deve ser investigada, pois pode indicar uma forma intermediária da solução final procurada.

Figura 1 – Os aspectos necessários para compreensão e trabalho prático com MAI T-R-I-Z conforme a Ref. 1, Pg. 56.
(A menção a um Artefato-Protótipo está aqui em conexão com uma das etapas do Design Thinking, também um método para inovação estruturada e com características próprias, que pode ser consultado em outras páginas deste blog).

Os procedimentos a se adotar para se resolver o problema (a CONTRADIÇÃO) e chegar ao RESULTADO IDEAL passam pela resolução da(s) contradição(s) existente(s).

Procuremos, portanto, aplicar o algoritmo MAI T-R-I-Z, pertencente ao kit de ferramentas MTRIZ na versão START: Simplest TRIZ-Algorithm of Resourceful Thinking, ou seja, o Mais Simples Algoritmo do Pensamento Inventivo em TRIZ, referente ao algoritmo original de Altshuller, ARIZ-1956, e simplificado por Michael Orloff, conforme a Figura 2 abaixo:

Figura 2 – O mais simples Meta-Algoritmo da Invenção, MAI-TRIZ, de M. Orloff (Ref. 1)

Com base nesta figura, podemos seguir as setas em cor azul e passar à procura da solução mediante RESOLUÇÃO DA CONTRADIÇÃO PADRÃO para o objeto pesquisado, o Segway. Podemos ver que o nível de REDUÇÃO, com vistas à resolução da CONTRADIÇÃO PADRÃO, nos leva a consultar a uma matriz, denominada de MATRIZ A (A-matriz), a qual pode nos levar a consultar dois catálogos: As-Catálogo e Af-Catálogo, capazes de nos levar à resolução da contradição e, consequentemente, a uma IDEIA para resolver o problema.

Temos então:

Princípio da REDUÇÃO: Resultado Final Ideal para se construir um veículo de transporte de duas rodas, dotado de auto estabilidade, sem que venha a cair durante paradas.

a) Princípio da CONTRADIÇÃO PADRÃO (TÉCNICA):

O Segway é:
Condição positiva (+): Estável quando em movimento   –>  04 Exequibilidade
Condição negativa (-): Difícil para se manter estável quando parado –> 07 Complexidade de construção.

Podemos consultar a MATRIZ A de M. Orloff, na Pg. 424 do livro citado, e encontraremos, no cruzamento da linha 04 – Exequibilidade, com a coluna 07, Complexidade de Construção, as sugestões inventivas de números 01, 03 e 11, que recomendam:

01 – Alterar o estado de agregação do objeto

03 – Segmentação

11 – Ação inversa

b) Princípio da CONTRADIÇÃO RADICAL (FÍSICA) – Veja-se a seta vermelha à direita na Figura 2 acima.

Segway –> Deve ser estável quando parado & Não deve ser estável quando parado, visto não ser possível manter a estabilidade no modo transversal.

INVENTANDO:

A primeira sugestão-chave a ser considerada é a de Número 11, AÇÃO INVERSA, visto que, se não temos recursos para ajustar a posição do Segway  no sentido transverso, poderemos fazê-lo longitudinalmente se as duas rodas forem colocadas na posição coaxial (no sentido do eixo) e não uma atrás da outra. Fazendo assim, teremos recursos espaciais e funcionais que poderemos usar para guiar o equipamento.(Cf. obra citada, Pag. 368).

Aqui a AÇÃO INVERSA tem seu lugar na concepção do Segway: a de um pêndulo invertido:

Figura 3 – O Segway funciona como um pêndulo invertido em que a tendência seria a de equilíbrio por pivotamento em torno de um eixo horizontal pela ação da gravidade. Nele, no entanto, um giroscópio e um microprocessador fazem o trabalho de equilíbrio para que fique sempre de pé, o piloto incluído.
Ref.: Design and Development of Segway.

Devemos salientar que o giroscópio usado não é físico, cujo equivalente análogo foi construído em um chip semicondutor. Para se restaurar o equilíbrio usam-se nele partículas ionizadas, fabricado pela empresa Silicon Sensing. Este fato está de acordo com a recomendação de Altshuller, que diz: “O melhor de um sistema é não ter sistema” ou, no caso, as partículas de silício ionizadas não podem ser vistas e sim detectadas! No site da Silicon Sensing podemos ler:

“A low-cost miniature gyro, optimised for medium volume production programmes where high stability, performance and cost are key drivers. Available in a variety of rate ranges – +/-75°/s and +/-300°/s, plus a new high rate range (800°/s) variant. Digital (SPI®) and analogue outputs. Low drift and excellent performance over temperature”.

ZOOM

As contradições foram parcialmente removidas: conseguimos obter estabilidade, porém às expensas de uma certa complexidade!

SUPER EFEITOS

1 – Este é um novo meio de transporte para humanos que é também a…
2 – Descoberta de um novo meio de transporte para robôs!

EFEITOS NEGATIVOS

Complexidade da construção

DESCRIÇÃO RESUMIDA

Devido à introdução de um novo recurso informacional e aplicação do Navegador 11 – AÇÃO INVERSA (Pêndulo Invertido), foi possível conceber um novo meio de transporte com duas rodas colocadas no sentido coaxial, capaz de manter estabilidade através do ajuste dinâmico da posição ocupada pelo centro de massa do sistema no mesmo plano de suporte das duas rodas.

Figura 4 – As aplicações do Segway e suas variantes em robótica são inúmeras, e somente agora estão surgindo no mercado. Na figura acima, vemos o WowWee MiP, uma das variantes da invenção de Dean Kamen.

Os estudiosos de robótica poderão inclusive, com base nos elementos técnicos acima descritos, montar seu próprio Segway usando as peças do LEGO MINDSTORMS.
Para mais informações, clique no link acima ou na Figura 5 abaixo.

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(*) – Transcrição de citação de Michael Orloff da Epístola Romans 12:2.
O texto original em Latim diz: Transformamini renovatione mentis. Fonte: Nova Vulgata, Apostoli ad Romanos Epístola Sancti Pauli, 12 (2).

Referências:

1. ORLOFF, Michael A., Modern TRIZ, A Practical Course with EASyTRIZ Technology, Ed. Springer, Heidelberg, 2012 – Germany.
2. ORLOFF, Michael A., Inventive Thinking through TRIZ, A Practical Guide, 2nd. Ed. Ed. Springer. Heidelberg, 2010 – Germany.
3. ORLOFF, Michael A., ABC-TRIZ, Introduction to Creative Design Thinking with Modern TRIZ Modeling. Ed. Springer,Heidelberg, 2017 – Germany.
4. ORLOFF, Michael & VALENTINA Orloff,  Grãos de TRIZ:  Mini Compêndio de Elementos-chave de TRIZ: A Teoria da Invenção de G.S. Altshuller no Formato da Teoria Moderna da TRIZ – No prelo.