Перспективы нашего позвоночника с позиций ТРИЗ

Петрозаводск  2000 - 2002

Одно из главных положений ТРИЗ гласит: мир системен. А, как известно, любую систему можно менять и совершенствовать. Так почему же нам не усовершенствовать такую систему, как человеческий организм? Точнее, позвоночник человека.

Как мог бы быть устроен позвоночник, обеспечивающий защиту, опору и движение при прямохождении? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо знать, по каким законам развиваются биологические системы и их отдельные подсистемы, как проявляются эти законы на разных этапах развития. Сопоставляя законы эволюции и закономерности развития технических систем, сформулированные в ТРИЗ, мы попытались сделать некоторые прогнозы.

Целью нашей работы было провести параллель между законами развития систем, сформулированными в ТРИЗ и биологическими законами эволюции на примере развития позвоночника. Также мы хотели получить некоторые новые возможные эволюционные изменения позвоночника человека.

Этой темой мы занимаемся в течение 2-х лет, поэтому можно выделить некоторые этапы проведенной работы.

1. Были рассмотрены закономерности филогенетического развития позвоночника.
2. Изучен прогноз развития скелета человека, сделанный ученым Быстровым /1/ в середине 20-го века (других прогнозов подобного рода в специальной литературе мы не обнаружили). Прогноз Быстрова экстраполировал статистические данные, и, по нашему мнению, не учитывал законов эволюции.
3. Далее мы попробовали провести параллели между законами эволюции и законами развития технических систем в ТРИЗ и, опираясь на законы, сделать собственные прогнозы. Но эти прогнозы не учитывали современного уровня развития системы.
4. Следующим шагом была попытка использовать общий график процесса развития системы, предложенным Ю.П. Саламатовым /2/, для получения большего спектра прогнозов.

Для начала мы просмотрели эволюционные изменения опорно-двигательной системы. Рассматривая эволюцию опорно-двигательной системы хордовых, можно выделить следующие этапы (рис.1):

1. Появление хорды - тонкого хрящевого тяжа. Хорда является компромиссным решением противоречия: система опоры должна быть прочной (твердой), чтобы выдерживать нагрузки и должна быть гибкой (мягкой), чтобы увеличить степень подвижности.
2. Появление позвоночника является более эффективным решением указанного противоречия за счет усложнения структуры системы.
3. Специализация позвоночника для разных типов передвижения (полета, прыжков, бега, плавания).
4. Переход к прямохождению у приматов вызвал значительное увеличение вертикальной нагрузки на все отделы позвоночника. Отчасти это компенсируется естественными изгибами.

На наш взгляд, эти эволюционные изменения позвоночника сопоставимы с некоторыми закономерностями изменений технических систем (ЗРТС).

Анализируя эволюционные изменения скелета позвоночных животных, мы попытались сопоставить биологические закономерности с общими законами развития систем, разработанными в ТРИЗ (таблица 1).

Итак, таблицы 1 и 2 позволяют заметить, что некоторые биологические законы созвучны законам развития технических систем. Сопоставляя “Общую схему развития ТС”, полученную Ю.П. Саламатовым (5, с.170), с закономерностями эволюции, можно предположить, что на разных этапах развития организма, проявляются разные аналоги ЗРТС.

На данном этапе работы мы решили использовать схему, предложенную Ю.П. Саламатовым. Этот график отражает процесс развития ТС, включающий фазы свертывания и развертывания системы.

В процессе развертывания Саламатов выделяет основные стадии:

1)Попытка улучшения нужного свойства вещества

2. Разделение однородного вещества на функциональные зоны
3. Специализация зон по функциям, переход к неоднородному веществу.
1. Составное вещество (составленное из специализированных веществ, позволяющих увеличить значение Главной Полезной Функции - ГПФ).
2. Развертывание составных веществ в пС.
3. Свертывание составного вещества или подсистем в идеальное вещество.

Наш позвоночник прошел почти все стадии развертывания системы:

1. Необходимое свойство системы опоры - гибкость - появилось за счет появления позвоночника.
2. Чередование зон - чередование позвонков и менисков.
3. Специализация зон по функции - появление отделов и т.д.

Важной особенностью процесса развертывания является то, что появляется множество вариантов (модификаций) одной и той же системы для различных условий.

Аналогична эволюционному адаптивной радиации.

Поскольку на схеме практически нет примеров “Свертывания” позвоночника, мы решили рассмотреть возможные решения, реализующие этот этап развития системы.

Поскольку Саламатов предлагает 4 равноправных пути свертывания ТС, мы не отдавали предпочтения какому-либо одному пути, а рассмотрели все 4 (см. рис.1).

1-й путь: вытеснение части системы за ее пределы и их объединение в специальную систему в составе надсистемы..

2-й путь: развитие всех подсистем в составе данной системы без вытеснения в надсистему

3-й путь: Свертывание системы в одну из подсистем.

4-й путь: свертывание части позвоночника или всего позвоночника в целом в идеальное вещество.

Обозначения:

Мы взяли на себя смелость предположить, что, поскольку начальный эволюционный путь согласуется с ЗРТС, то пути оптимизации конструкции позвоночника нужно искать в этой же области.

В результате у нас получился фонд следующих “позвоночных” преобразований (таблица 3)

Предложенные преобразования навели нас на два вопроса:

• Не породит ли это новых проблем? (Ведь всякое преобразование одной подсистемы может изменить структуру и работу всей системы).

и

• Как это реализовать?

Наши решения, на первый взгляд, могут показаться лишенными реальной перспективы. Но достижения генной инженерии могут сделать их возможными.

Кроме того, они могут стать источником принципиально новых идей в нейрохирургии.

Наши исследования позволяют сделать вывод об общности закономерностей развития биологических и технических систем.