Eureka!; Computerprogramma schiet uitvinder te hulp

Uitvinders hebben vaak de neiging de oplossing voor een probleem via 'trial and error' in het eigen vakgebied te zoeken. Invention Machine Lab verbreedt zijn horizon en draagt onverwachte suggesties aan.

HET IN HET NOORDEN van Zweden gelegen Skerfa is een van de meest onherbergzame gebieden op aarde. Anders Killander, student aan het Koninklijke Instituut voor Technologie in Stockholm, zocht naar manieren om zijn vrienden in Skerfa 's winters aan elektriciteit te helpen zonder energieverslindende en lawaaiige gas- of dieselgeneratoren. Veel alternatieven waren er niet. Zonne-energie was geen serieuze optie, waterkracht is uitgesloten omdat de rivieren er 's winters dichtvriezen en ook windenergie viel af.

De enige mogelijkheid die overbleef was de gietijzeren houtstoof in het huis. Killander ontdekte dat er zoiets bestond als het Seebeck-effect. Als twee legeringen aan elkaar worden bevestigd en de contactplaatsen worden op verschillende temperaturen gebracht, dan ontstaat er tussen die contacten een potentiaalverschil: thermo-elektriciteit. Gewapend met die kennis ontwikkelde Killander een apparaat met een warmteopnemer en een ventilator dat op de stoof kon worden geplaatst en 50 tot 100 wattuur aan elektriciteit per dag kan produceren, ruim voldoende voor de zes lampen en de televisie in het huis. Verschillende Scandinavische en Japanse bedrijven hebben belangstelling voor de uitvinding getoond.

Killander was op het idee gekomen door een computerprogramma dat Invention Machine Lab heet. Dit pakket mag zich onder ingenieurs waar ook ter wereld in een groeiende belangstelling verheugen. Het programma bevat gegevens uit zo'n 2,5 miljoen octrooien en principes van uitvinders als Edison en Leonardo da Vinci. Val Tsoerikov, de Rus die het programma heeft ontwikkeld, formuleert het als volgt: “Invention Machine Lab helpt ingenieurs en wetenschappers bij het oplossen van tegenstrijdige doelen die de kern vormen van ieder ontwerpprobleem.”

Deze aanpak is nieuw. Uitvinders waren tot nu toe voor technische ideeën grotendeels aangewezen op wetenschappelijke literatuur, waaronder octrooien. Dergelijke octrooien kunnen tegenwoordig steeds makkelijker geraadpleegd worden. IBM heeft bijvoorbeeld op Internet een site met informatie over duizenden patenten geopend (www.ibm.com/patents). In Nederland wil het Bureau voor het Industriële Eigendom binnen drie jaar 60 miljoen patenten ook voor niet-octrooispecialisten toegankelijk maken.

Maar het spitten in miljoenen gegevens schrikt veel uitvinders af en van het inwinnen van advies ziet men af om geen slapende honden wakker te maken. Bovendien hebben uitvinders en ingenieurs de neiging om oplossingen alleen in hun eigen vakgebied te zoeken. “Een mechanisch ingenieur weet soms niet wat op fysisch gebied mogelijk is, en ziet daardoor potentiële oplossingen over het hoofd”, zegt Gerard J. Zaal, de Nederlandse marketing manager van Invention Machine Corporation.

RUSSISCHE MARINE

Invention Machine Lab komt uit de Sovjet-Unie. In 1946 was de Russische wetenschapper en science-fictionschrijver Genrich Altshuller werkzaam als patentofficier bij de Russische marine. Het viel hem op dat uitvindingen vaak zijn terug te voeren op algemene principes en dat wanneer een technisch probleem wordt veralgemeniseerd oplossingen sneller gevonden kunnen worden. De meeste uitvinders vertrouwen evenwel op 'trial and error'; ze proberen honderden varianten op hetzelfde thema uit. Om een nieuwe batterij te ontwikkelen verrichtten Edison en zijn medewerkers duizenden experimenten. De meeste uitvinders blijven hun leven lang experimenteren. Wie eenmaal een pad is ingeslagen komt daar moeilijk meer van los, zeker als de kennis voor andere oplossingen ontbreekt.

Altshuller noemt als voorbeeld ijsbrekers. Men was zo gefixeerd op het idee dat een ijsbreker het ijs moet breken dat een andere oplossing over het hoofd werd gezien. Die oplossing werd aangedragen door een zeeman die hoegenaamd geen verstand had van ijsbrekers. Hij stelde voor een schip te bouwen dat ter hoogte van de ijsvloer open was. Het schip werd als het ware in tweeën gezaagd, waarbij het onderste en het bovenste stuk door stevige snijplaten met elkaar verbonden waren. In plaats van het ijs te breken sneed het schip het ijs los.

Altshullers ideeën vonden aanvankelijk weinig weerklank. Sterker nog: toen hij per brief aan Stalin suggereerde dat met zijn methode de Russische industrie uit het slop kon worden gehaald, werd hij veroordeeld tot 25 jaar strafkamp. Na Stalins dood was Altshuller weer een vrij man en inmiddels worden zijn theorieën onderwezen door zo'n driehonderd technische scholen in Rusland, Finland, Groot-Brittannië en Hongarije.

In de jaren tachtig besloot Val Tsoerikov een softwareprogramma te ontwikkelen op basis van het gedachtengoed van Altshuller. In de Sovjet-Unie vond dit pakket grif aftrek, maar toen er door de inflatie geen cent meer aan te verdienen viel, besloot Tsoerikov zijn software op de Amerikaanse markt te introduceren. Inmiddels heeft het in Boston, Massachusetts gevestigde bedrijf duizenden exemplaren van het programma verkocht aan grote ondernemingen als Allied Signal, Eastman Kodak, Digital, Ford, Exxon, Hoechst, Saab Scania, Xerox, Motorola en Tetra Pak. De banden met het thuisfront zijn overigens niet verbroken. In Minsk en St. Petersburg wordt het programma nog altijd verder ontwikkeld.

Invention Machine Lab, dat op een PC onder Windows draait, bestaat uit drie modules. 'Principles' helpt ontwerpers bij het vinden van algemene oplossingen aan de hand van basisprincipes uit een paar miljoen octrooien. 'Effects' beschrijft een groot aantal natuurkundige verschijnselen en wetmatigheden die verduidelijkt worden aan de hand van concrete voorbeelden, compleet met illustraties. En 'Prediction' verschaft inzicht in de verdere ontwikkeling van het product.

“Er is een uitgebreide studie gedaan naar de manier waarop technische innovaties zich ontwikkelen”, zegt Gerard Zaal. “Denk aan miniaturisering. Invention Machine lab kan in detail aangeven in welke richting een ontwerp zich zou kunnen ontwikkelen.” Gevraagd naar een ontwerp van een krachtige (en dus zware) stofzuiger die zich toch gemakkelijk laat voortduwen komt de module Principles bijvoorbeeld met de suggestie 'pulsatie'. Een pulserende stofzuiger zuigt niet alleen krachtiger, maar doet dat met korte pauzes zodat hij makkelijk kan worden voortbewogen. De Effect-module suggereert bij verdere verbetering het gebruik van ultrasone geluidsgolven om het stof uit de vloerbedekking te trillen.

PIZZADOOS

Uit het programma rollen geen kant-en-klare ontwerpen. Van iedere suggestie zal de haalbaarheid moeten worden vastgesteld. Gerard Zaal: “Het programma neemt de creativiteit niet weg.” Verscheidene nieuwe producten zijn er al mee ontwikkeld, waaronder een sterk verbeterde pizzadoos. Pizza's die aan huis worden bezorgd kunnen door condensatie in vijftien minuten sterk afkoelen. Invention Machine Lab suggereerde onder meer sterk absorberend eierkarton: kuiltjes in het karton voorkomen dat de bodem van de doos nat wordt en zorgen voor een luchtlaagje dat als isolator fungeert. Bij Eastman Kodak werd met het programma een nieuw flitsmechanisme voor camera's ontwikkeld dat 'rode flitsogen' voorkomt. “Sommige suggesties lijken op het eerste gezicht ronduit idioot”, zegt Julian Blosiu, die voor het Jet Propulsion Lab van NASA werkt aan brandstofcellen en al enige tijd ervaring heeft met Invention Machine Lab. “Juist die vreemde suggesties kunnen interessant zijn.”

Sceptici zeggen dat creativiteit niet goed kan worden gestructureerd, en al helemaal niet in een computerprogramma. “Radicale innovatie per computer? Ik zie het niet gebeuren”, zegt John Preston, die licenties heeft verkocht voor het Massachusetts Institute of Technology. Ton Muller van All Well, een bedrijf dat aan de hand van workshops en software 'creatieve en doelbepalende denkmethoden' propageert, meent dat de principes die aan pakketten als Invention Machine Lab ten grondslag liggen wel degelijk serieus moeten worden genomen. “Uit een ander perspectief kan men plotseling op een nieuw idee stuiten.” Gerard Zaal van Invention Machine Corp bevestigt dat er met “gezonde scepsis” naar het programma wordt gekeken. “Meestal verdwijnen de twijfels als men zich realiseert dat de kennis is gebaseerd op principes die zich reeds bewezen hebben.”

Een technisch probleem wordt in Invention Machine Lab eerst in zeer algemene zin omschreven. In dit voorbeeld wil men een stofzuiger verbeteren door de zuigkracht te verhogen. Voorkomen moet worden dat de stofzuiger niet meer kan worden voortgeduwd. Uit een menu kiest men de 'functies' kracht (intensiteit) en vermogen. Onder 'periodieke actie' suggereert het programma een aantal oplossingen, waaronder 'pulsatie'.

    • Jan Libbenga