This document explains the concept of Ideal Final Result (IFR) and its application in resolving physical contradictions. IFR-2 defines an ideal solution where opposing states must naturally coexist under specific conditions. The subsequent steps (Step 4) outline methods for effectively utilizing substance-field resources, including the small people model, resource transformation and combination, void utilization, derived resources, electric fields, and sensitive materials. These approaches provide a systematic process for deriving creative solutions with minimal resource use.
3-5 이상해결책(IFR) -2 정의
아래의 양식으로 이상해결책(IFR)-2를 기술한다. [작용영역]에서 [작용시간]동안, 스스로 [매크로 또는 마이크로 수준에서의 상반되는 상태]가 이루어져야 한다.
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예제
[공기기둥속의 중립분자]는 [번개가 치는] 동안 스스로 [자유전하가 되어야] 하며 [번개가 친 후]에는 스스로 [중립분자가 되어야] 한다. 새로운 문제의 의미는 다음과 같다. 번개가 치는 동안 공기 기둥속에서 자유전하가 스스로 생겨 나야 한다. 이렇게 되면 이온화된 공기 기둥이 피뢰침, 전도성 막대의 역할을 하여 번개를 끌어 당겨 차단한다. 번개가 친 직 후에는 공기 기둥 내의 자유전하는 스스로 중립분자로 다시 바뀌 어야 한다. 이러한 문제를 풀기 위해서는 중학교에서 가르치는 물리지식만으로도 가능하다.
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3-6 표준해 적용으로 물리적 모순 해결
이상해결책2로 기술된 새로운 물리적 문제를 푸는데 표준해를 적용할 수 있 는지 확인한다. 만약 표준해를 적용하고도 문제가 풀리지 않는다면 단계 4로 간다. 만일 표준해를 적용하여 해결안을 도출했으면 단계 7로 갈 수 있다. 하지 만 표준해로 해결안이 도출되었다 하더라도 단계 4의 과정을 계속 진행할 것을 권장한다.
단계 4 물질장 - 자원의 활용(SFR의 동원 및 활용)
4-1 작은 사람 모델
4-2 이상해결책으로부터 한 발짝 물러나기
4-3 물질장-자원들을 결합하여 활용
4-4 공간, 기공(void) 활용
4-5 유도된 자원 활용
4-6 전기장 활용
4-7장(field)과 그 장에 민감한 물질 활용
2.3 과정에서는 별도의 비용없이 활용 가능한 물질장-자원(SFR)을 열거하였다. 아리즈 단계 4에서는 이러한 물질장-자원의 활용성을 증가시키기 위한 체계적인 접근법을 다루고 있다. 추가적인 비용이 거의 없이 기존에 존재하는 물질장-자원에 최 소한의 변형을 가하여 문제해결에 활용될 수 있는 요소를 찾고자 한다. 3.3 3.5 과정 부터는 해결안들이 도출되기 시작할 수 있다. 단계 4도 이러한 방향의 연속선 상서 진행된다.
규칙 4_하나의 상태에 있는 입자는 하나의 기능만을 수행하는 것이 권장된 다. 예를 들어, "A 입자가 기능1과 기능2를 수행한다"는 것보다는 "입자 는 기능을 수행하고" 기능2를 수행할 b입자를 추가하는 것이 좋다. a입자 와 b입자는 서로 다른 상태의 A입자이다.
규칙 5_새롭게 추가되는 입자 b도 b1과 b2의 두 그룹으로 나눌 수 있다. 이렇게 함으로서 두개의 b그룹, b1, b2간에 상호작용을 적절히 추가하여 새로운 기능을 추가 비용없이 수행할 수 있게 한다.
규칙 6_시스템에 입자 A만 있는 경우에도, 이 입자를 개념상 두 그룹으로 나눌 수 있다. 한 그룹은 기존과 같은 상태를 유지하고, 다른 입자들은 문제 에 따라 주요 파라미터를 바꾸어 준다.
규칙 7_나뉘었거나 추가된 입자들은 기능을 수행한 후에 서로간에 같은 상 태로 되거나 처음에 존재했던 입자의 상태로 되돌아 가야 한다.
참고 30_규칙 4~7은 아리즈 단계 4의 모든 과정에 적용된다.
4-1 작은 사람 모델
작은 사람 모델링 방법(난장이 모델이라고도 한다)
1. 작은 사람 모델을 이용하여 모순의 도식화된 모형을 묘사한다.
2. 작은 사람들이 모순 없이 주어진 조건에 따라 활동할 수 있도록 명령한다.
예제
예제 A. 공기 기둥속의 작은 사람들은 공기 기둥 밖의 작은 사람들과 기본적 으로 동일하다. 이 둘 모두의 작은 사람들은 어떤 전하를 가지지 않고 모두 중성이다. 작은 사람들은 서로가 손을 잡고 있기 때문에(중성), 손이 매우 바빠서 번개를 잡을 수 없는 것이다.
예제 B. 규칙 6에 따라 이들 작은 사람들을 두 그룹으로 나눌 필요가 있다. 기둥 바깥쪽의 작은 사람들은 변함없이 서로 손을 잡고 중성으로 존재하고, 기둥 안쪽의 작은 사람들은 서로가 손을 내밀어 잡고 있되 한 손은 뻗어 번 개를 잡게 한다.
다른 도식 모형도 가능하지만, 어떠한 경우라도 작은 사람들을 두 그룹으로 나누어서 기둥 내의 작은 사람들의 상태를 바꿀 필요가 있다.
예제 C. 공기기둥 속의 공기 분자의 중성상태는 쉽게 이온화되어야 한다. 이것 을 달성할 수 있는 가장 간단한 방법은 공기 기둥속의 압력을 낮추는 것이다.
참고 31_작은 사람 모델이란 '모순되는 요구조건'이 작은 사람들에게 적용 된다면 작은 사람들이 어떻게 움직이는 지 그림으로 묘사하는 방법이다. 모 델은 하나 또는 연속적인 여러 그림으로 표현될 수 있다. 문제 모델에서 변 형할 수 있는 부분들이 작은 사람들로 묘사돼야 한다. '모순되는 요구조건 이란 문제 모델의 모순 또는 3.5과정에서 정의된 상반되는 물리적 상태를 의미한다. 과정 3.5에서 정의된 상반되는 물리적 상태를 작은 사람 모델로 만드는 것이 가장 좋지만 과정 1.6에 제시된 문제 모델의 기술적 모순을 작 은 사람 모델로 만드는 것이 더 쉽다. 주의!_이 과정에서 가장 발생하기 쉬운 실수는 세심한 주의 없이 그림을 그리는 것이다. 다음과 같은 특성을 가지는 그림이어야 한다.
1. 부가설명 없이도 이해하기 쉬운 그림
2. 모순 해결에 대한 일반적인 방법이 그림으로 설명
참고 32_과정 4.1은 부가적인 과정이다. 이 과정의 기능은 물질장-자원을 활용하기 전에 작용영역내, 작용영역주변에서 입자들이 어떻게 움직여야 하 는 지를 그림으로 표현해 보는 것이다. 작은 사람 모델은 물리학에 대한 고 려 없이 이상적인 동작을 명확히 보게 해준다. '어떻게 가능하게 하는가 라 는 질문보다는 '무엇이 되어야 하는가를 명확하게 하는 심리적인 방법이다. 모든 기술시스템은 기술시스템 진화 법칙에 따라 발전해 나가는데 작은 사 람 모델을 이용한 시뮬레이션의 개념도 실현되어지게 된다. 그래서 종종, 작은 사람 모델을 이용하여 해결안을 도출할 수 있다. 하지만 해결안이 도 출되었다고 문제해결과정을 여기서 멈추지 말고 모든 사용가능한 물질장- 자원에 대한 체계적인 분석을 계속 진행하기를 권장한다. 주의!_최소문제(mini-problem) 해결과정에서 자원을 활용하는 목적은 모 든 자원을 사용하고자 하는 것이 아니다. 그와는 반대로 최소한의 자원을 사용하여 개념해결책(concept solution)을 얻고자 하는데 있다.
4-2 이상해결책으로부터 한 발짝 물러나기
작은 사람 모델로부터 시스템이 어떠한 상태로 되어야 하는지가 명확하고 이 러한 상태에 도달하는 방법을 찾는 것이 문제라면, 이상해결책보다는 약간 '부족한 상황을 일부러 상상해 보는 것이 도움이 될 수 있다. 예를 들어 이상해결책에 따라 두 요소는 서로 접촉해야 한다면, 이상해결책으 로부터 한발짝 물러나는 것은 두 요소간에 작은 간격을 주는 것에 해당된다. 여기에서 작은 간격이라는 결함을 어떻게 제거해야 하는가라는 문제가 생겨 난다. 이러한 문제를 해결하는 것은 많은 경우 용이하며 이 문제의 개념 해결책은 원래 문제를 해결하는 데에도 힌트를 제공한다.
4-3 물질장-자원들을 결합하여 활용
물질장-자원들의 혼합물들을 활용할 수 있는지 검토한다.
참고 33_기존에 있던 자원을 활용하여 문제를 해결할 수 있었다면, 처음부 터 어려운 문제로 발생하지 않았거나 자동적으로 해결되었을 것이다. 일반적으로 문제를 해결하기 위해 새로운 물질이 필요하지만, 새로운 물질 의 도입은 동시에 시스템을 더욱 복잡하게 만들거나 다른 유해작용이 발생 하기도 한다. 단계 4에서는 새로운 물질을 도입하지 않으면서도 새로운 물 질을 만들어 내야 한다는 모순을 해결하는 과정이다.
참고 34_과정 4.3은 서로 다른 두 개의 단일 물질(mono-substance)을 이용하여 새로운 성질의 복합물질(bi-substance)로 바꾸는 것이다. 서로 다른 두 개의 단일 물질을 이용하여 이질적인 복합물질(bi- substance)이나 다중물질(poly-substance)로 변경하는 것이 가능할까? 표준해 3.1.1에서와 같이 복수의 시스템이 모여 동질의 복합시스템이나 다 중시스템으로 만드는 것은 광범위하게 이용되고 있다. 그러나 4.3과정에서 제시되고 있는 것은 물질간의 결합이고 표준해 3.1.1에서 설명하고 있는 것 은 두 시스템간의 결합이다.
물질들을 결합하여 새로운 물질을 만드는 방법 중의 하나는 결합된 물질 의 경계면을 적극적으로 활용하는 것이다. 예를 들어 한 장의 종이는 단일물 질(mono-substance), 단일시스템(mono-system)이고 노트는 복합시스템 (poly-system)이지만 두꺼운 종이 한 장은 여러 장의 종이를 결합해서 만든 것으로 볼 수 있다. 두꺼운 종이 한 장은 복합시스템이 아닌 새로운 성질의 복합물질(poly-substance)이다. 이렇게 여러 장이 결합한 두꺼운 종이 한 장을 만들 때에는 각각의 종이들이 결합할 때의 경계면이 적극적으로 활용된 것으로 생각할 수 있다. 따라서 4.4 과제에서는 경계면 물질인 빈 공간도 복 합물질과 유사한 개념으로 제시된다. 그러나 빈 공간(void)은 신기한 물질이 다. 원래 물질과 빈 공간이 결합되면 경계면이 항상 명확하게 드러나는 것은 아니지만 최종 결과에서 요구하는 새로운 특성이 나타나기도 한다.
4-4 공간, 기공(void) 활용
기존의 물질장·자원을 빈 공간 또는 빈 공간과 기존물질과의 혼합물로 변경 해서 문제를 해결할 수 있는지 검토한다.
예제
공기와 빈 공간의 결합이란 저밀도의 공기를 의미한다. 가스의 압력을 낮추면 방전에 필요한 전압을 낮출 수 있다는 것은 잘 알려진 물리학의 이론이다. 결 국 안테나 문제에 대한 개념해결안은 이렇게 얻어질 수 있다.
절연성 밀페튜브를 이용하여 전파가 흡수되지 않고 통과 가능한 피뢰침 을 만드는 것이 제시될 수 있다. 튜브 내부의 공기압은 낮게 설정되어 있어 번 개의 전기장에 의해 가스방전이 가능하다. S.U. 177497
폭풍이 치는 동안은 절연밀폐튜브 내의 저압공기가 이온화되며, 이온화 된 공기는 번개 전류를 땅으로 전달할 수 있다. 폭풍이 끝나면 이온들은 다시 재 결합하여 공기는 다시 중성이 되며 절연밀폐튜브는 전파의 수신을 방해하지 않는다.
참고 35_빈 공간(void)은 문제해결의 자원으로서 활용될 수 있는 매우 중 요한 '물질'이다. 빈 공간은 그 양에 있어 제한이 없으며 가격도 매우 저렴 하며 다른 물질과 쉽게 혼합되어 속이 비거나, 다공성 구조나 거품, 방울 등 을 형성할 수 있다.
빈 공간(void)이 반드시 진공일 필요는 없다. 만일 기존 물질이 고체이 면 그 내부의 빈 공간은 액체나 기체로 채워질 수도 있다. 만일 기존 물질이 액체이면 그 내부의 빈 공간은 기체방울로 채워질 수 있다. 특별한 물질 수 준 입장에서 낮은 수준의 구조들은 빈공간으로 간주될 수 있다. (참고 37) 예를 들어 각각 분리된 분자들은 결정격자 입장에서는 빈 공간으로 간주될 수 있으며, 원자들은 분자 입장에서 빈 공간으로 간주될 수 있다.
4-5 유도된 자원 활용
기존 자원에서 유도된 물질 또는 유도된 자원과 빈 공간(void)의 혼합물을 사 용하여 문제를 해결할 수 있는지 검토한다.
참고 36_기존 자원의 상(phase)을 변경하여 문제해결에 유용한 자원을 도 출할 수도 있다. 예를 들어 기존 자원으로 액체가 있다면 얼음이나 증기를 유도자원으로 간주할 수 있는 것이다. 반면에 기존자원을 분해하여 유도 자 원을 도출할 수도 있다. 예를 들어 수소와 산소는 물로부터 유도된 물질이 다. 각 성분들은 복합성분 물질로부터도 유도될 수 있다. 즉, 기존 물질을 분해하거나 연소하여 얻어진 물질들도 유도 자원이다.
규칙 8_문제를 해결하기 위해 물질입자(예:이온)가 필요하나, 문제조건에 의해 직접 얻을 수 없을 때는 상위구조의 물질(예:분자)을 분해하여 얻을 수 있다.
규칙 9_문제를 해결하기 위해 물질입자(예:분자)가 필요하나, 문제조건에 의해 직접 얻을 수 없거나 규칙 8을 사용해도 얻을 수 없을 때는 하위구조의 물질(예:이온)을 결합하여 얻을 수 있다.
규칙 10_규칙 8을 적용하는 가장 간단한 방법은 근접한 상위구조의 '완전한 물질'이나 그 '여분'을 분해하는 것이다. 규칙 9을 적용하는 가장 간단한 방 법은 근접한 '불완전한 구조의 하위물질을 완전하게 결합하는 것이다.
참고 37_물질을 계층적 시스템(multi-layer hierarchical system) 이라고 생각할 수 있다. 실제 문제의 적용시에는 다음과 같은 정도로 계층구조를 파악할 수 있다.
1. 최소로 가공된 일상적인 물질 (간단한 물질, 예를 들어 지우개)
2. 결정격자, 고분자 물질, 분자화합물과 같은 초분자 물질
3. 분자
4. 분자의 일부분, 원자그룹
5. 원자
6. 원자의 일부분
7. 근본 입자
8. 장(field)
규칙 8의 요점:위와 같은 계층구조에서 상위구조의 물질을 분해하여 간접적 으로 새로운 물질을 얻는 방법이다. 규칙 9의 요점:하위구조의 물질을 결합하여 새로운 물질을 얻을 수 있다. 규칙 10의 요점:규칙8을 이용하여 상위구조로부터 물질을 분해할 때는 완 벽한 입자(예: 분자나 원자)를 분해하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 불완전 한 입자(예: 양이온)는 이미 부분적으로 분해되어 있는 것이고, 분해를 더 하 는 것은 매우 어려울 수 있기 때문이다. 반대로 규칙 9를 적용시에는 하위구 조의 불완전한 입자를 결합시키는 것이 바람직하다. 규칙 8~10은 기존 또는 도입이 쉬운 물질에서 유도자원을 획득하기 위한 효과적인 방안들이다. 이 규칙들은 특정조건에 따라 물질적 효과를 필요로 한다.
4-6 전기장 활용하기
물질 대신에 하나의 전기장 또는 두개의 상호작용하는 전기장을 사용하여 문 제를 해결할 수 있는 지를 검토한다.
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예제
파이프의 강도를 측정하는 잘 알려진 방법은 파이프가 파괴될 때까지 비트는 것이다 (S.U.18267). 이 방법을 사용하려면 파이트가 클램프에 고정되어야 하는데, 움직이지 못하게 고정 하는 강한 힘으로 인해 측정하기 전부터 파이프에 변형이 일어난다.
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파이프 내부에 전기장을 가하여(electrodynamic force) 파이프를 비트는 방법이 제안 되었다 (S.U. 342759)
참고 38_만약 문제 조건상 기존 또는 유도자원만 사용해야 하는 제약조건 이 있다면, 전하(전류)를 사용할 수 있다. 전하란 어느 물질내부에도 존재하 는 물질이며 조절이 용이한 전기장과 밀접하게 관련되어 있다.
4-7 장과 그 장에 민감한 물질 활용하기
"장과 그 장에 민감한 물질"의 쌍을 이용하여 문제를 해결할 수 있는 지를 검토한다.
예제 "자기장 + 강자성물질", "자외선 + 형광체", "열 + 형상기억합금" 등을 이용할 수 있다.
참고 39_기존의 물질장-자원들은 2.3과정에서 열거되었다. 과정 4.3~4.5 에서는 유도가능한 물질장-자원들을 검토하였다. 과정 4.6에서는 기존 물질 장-자원이나 유도된 물질장-자원과는 달리 외부에서 장(field)을 도입하였 다. 과정 4.7은 또 다른 추가적인 변형으로 새로운 외부장과 외부물질을 도 입한 것이다. 최소한의 자원을 사용할수록 개념해결안(concept solution)의 이상성 은 더욱 증가한다. 그러나 항상 제한된 자원만을 사용하여 문제를 해결할 수 있는 것은 아니다. 기존의 물질장-자원의 활용을 충분히 검토한 후에는 때로 한 걸음 뒤로 물러나 새로운 외부 물질과 장을 도입해 볼 필요도 있다. 단 기존 물질장-자원을 활용하여 충분한 해결안이 도출되지 못한 경우에 한 하여 반드시 필요한 경우에만 검토되어야 한다.
[생각의 창의성 TRIZ]
저자 김효준
