Изобретать или конструировать?

Привет.

Тема для текста логично возникла по следам развития идей из моих последних статей, технологических трендов и материала Константина про проблемы складных смартфонов. Сложностей с ними хватает, почитайте:

В технической сфере важны не только знания, но и опыт. И так уж сложилось, что ставшая мемом фраза «забудьте, чему вас учили в институте» — не мем, а пункт плана для более или менее успешной карьерной лестницы. Не могу сказать однозначно, почему так сложилось, но то, что ломка творческих взглядов молодых специалистов в угоду регламентированным процедурам приветствуется начальством, это факт. Через некоторое время после трудоустройства стажирующиеся напрочь забывают о теоретических выкладках и всецело погружаются в бытовую рутину. От творческого потенциала не остается и следа. С одной стороны, в этом есть плюс. Человек максимально быстро вникает в актуальные проблемы и начинает их решать. С другой — способы решения остаются такими же, как и раньше. Как тут не вспомнить Эйнштейна, который утверждал, что повторять одно и то же, рассчитывая на новый результат, — это не что иное, как безумие. На старые проблемы необходимо смотреть по-новому.

Я не просто так упомянул смартфоны с гибким экраном. У них есть масса того, что можно было бы исправить. И, пожалуй, самой главной проблемой можно считать складку на дисплее в месте сгиба.

И проблему, без сомнения, можно назвать старой. Она идет бок о бок с гибкими смартфонами с самого первого Fold’а. И за четыре поколения многие уже просто не представляют подобные смартфоны без складки, считая ее данностью подобной конструкции. Для инженеров компании это удача. Несовершенство продукта не требует срочного решения, а потребитель при этом еще и доволен. Однако задача со складкой вполне себе решаема. И либо конструкторы компании не могут ее решить, либо — не хотят (что вероятнее). Давайте им поможем.

Я не делаю секрета из своей симпатии к теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). Я неоднократно ее использовал и нередко находил весьма нетривиальные решения для противоречий, которые существовали годами. Проведя анализ складки на гибком экране, я нашел несколько вариантов, которые дают возможность избавиться от нее. Но сначала давайте обратимся к оригинальной конструкции:

Иллюстрация выше взята из заявки US20170364123A1. Ее изначальный вариант был подан в Корее еще в 2014 году. На картинке показано расположение гибкого дисплея внутри сложенного корпуса. Основной проблемой таких экранов является ограничение минимального радиуса изгиба. Так что те толщины, что есть сегодня, — это не только попытка уместить все, но еще и требования к пространству для складывания экрана по определенному радиусу.

Вся конструкция выглядит следующим образом:

Нас с вами интересует место шарнира. Samsung демонстрирует завидную откровенность в описании своих разработок. В частности, на картинке видны элементы зубчатых колес, обеспечивающих согласованное движение половин корпуса и декоративной накладки, закрывающей технологические прорези шарнирных элементов.

Ключевые элементы, которые нам нужны, на этой иллюстрации не отмечены. Но их видно. Они расположены по месту сгиба чуть дальше от края. На следующей иллюстрации они обозначены позициями 73-1 и 73-2.

Это те самые элементы, которые отвечают за удержание на одном уровне с остальными частями дисплея зоны сгиба. Эти подпорки закреплены в пазах 72 пластины 7. Работает все это следующим образом:

В закрытом состоянии мы видим картину, что проиллюстрирована выше. Экран согнут, подпорки в пазах пластины развернуты и отводят пластину к «корешку» устройства. При разведении половин мы увидим следующее:

Подпорки поворачиваются и сходятся вместе, одновременно перемещая пластину к оборотной стороне дисплея, пока, наконец, половины не раскроются полностью:

В теории все выглядит очень продуманно, однако на то она и теория, чтобы на практике выдать нечто непрогнозируемое. И в данном случае конструкторы компании просто не стали бороться с «памятью» материала. Мне могут возразить, что, мол, подпорки и есть средство борьбы, но их суть только в обеспечении поддержки при касании экрана пальцем. Не более. По факту же большую часть времени смартфон находится в сложенном состоянии, что и приводит к образованию неисчезающего замятия.

Однако заявки на выдачу патента редко содержат лишь один вариант исполнения патентуемого устройства. Вот и данный документ не исключение. Конструкторы компании заявляют еще такой вариант:

Здесь во время раскрытия половин корпуса подпорки также толкают пластину 7 к оборотной стороне экрана, чтобы расправить его на одном уровне с остальной поверхностью. Но можно заметить шарнирно закрепленные элементы 82, которые, расправляясь, поддерживают форму экрана не только в месте изгиба, но и на существенном отдалении от него.

Однако если представить себе изгиб экрана в сложенном состоянии, принять тот факт, что складка «запоминается», и мысленно открыть смартфон, то экран окажется в положении как на картинке ниже (красная линия):

Этот мысленный эксперимент подтверждается и в реальной жизни. Почему это происходит? Дело в том, что экран для гибкого смартфона — многослоен. И каждый слой, по сути, приклеен к соседнему. Их количество довольно велико. Например, вот так выглядит экранный «бутерброд» от Huawei:

Можно самостоятельно провести этот эксперимент, даже не имея смартфона Galaxy Fold 4. Для этого вам потребуется десять листов формата A4 из ближайшего принтера. Если положить их ровно один на другой, то края сформируют ровную поверхность. Однако если взять маркер (круглого сечения) и обернуть эту стопку вокруг него, то будет видно, что края листов выстроились «лесенкой», сдвинувшись относительно края первого соприкасающегося с маркером листа. Если бы вы склеили эти листы клеем, то ровно бы они вокруг маркера не обернулись, поскольку они неэластичные (можете сами проверить). В экранах слои, безусловно, тоньше, но проблемы схожие. Но если выбрать специальный клей, который бы позволял незначительный сдвиг листов (слоев), то получится свободно сгибать и разгибать листы с возвращением изначальной формы. И снова очередное «НО». Как мы бы выравнивали склеенные листы A4 после загиба? Верно — положили бы на стол и разглаживали бы руками, пока те не выправились. А как выравнивает дисплей Samsung? Точно так же. Он выдвигает пластину 7 как аналог стола для листов A4, и… И все. Разглаживать дисплей по его поверхности до полного выравнивания не предполагается. И как же быть?

Первый вариант — это реализовать раскрытие половин корпуса более чем на 180 градусов. Это позволит компенсировать однонаправленное воздействие на экран, дополнив его противоположным. Но это неудобно, непрактично, нелогично и нелепо.

Второй вариант — реализовать натяжение до полного выравнивания. Но тогда есть риск растянуть поверхностные слои до состояния, когда они при складывании половин корпуса начнут сморщиваться.

Третий вариант — изготавливать смартфоны-трубки с радиусом загиба 5 сантиметров и носить их в тубусе. Минусы — очевидны.

Однако можно обратиться к ТРИЗ и попытаться разрешить стоящее перед нами противоречие. Но сначала его необходимо сформулировать. Не стану томить. В случае со складкой на экране оно будет звучать следующим образом:

«Корпус смартфона должен воздействовать на экран для его складывания и не должен воздействовать на экран во избежание его деформации»

Эта задача решаема. Легко решаема. Однако неверны ее условия, поскольку они проистекают из надуманного использования технологии гибкого экрана. В ТРИЗ это бывает сплошь и рядом. Но раз уж задача со складкой есть, давайте решим ее. Перечитаем противоречие: корпус должен сгибать экран и не должен сгибать экран. Этот конфликт вызван сопряженным действием корпуса (элемент «А») на экран (элемент «Б»). То есть, оказывая полезное действие в виде сгибания и удержания экрана в корпусе, он одновременно оказывает вредное действие в виде образования у экрана определенной формы, которая нежелательна.

Для решения воспользуемся алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ). Он состоит из 9 шагов (такие задачи, как «складка», обычно решаются на первом), перечислю все:

• анализ задачи;
• анализ модели задачи;
• определение идеального конечного результата и функционального противоречия;
• мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов;
• применение информационного фонда;
• изменение или замена задачи;
• анализ способа устранения физического противоречия;
• применение полученного ответа;
• анализ хода решения.

На стадии анализа задачи мы формулируем условия мини-задачи. Его важно сформулировать без специальных терминов, чтобы не возникло стереотипного мышления. Затем указываем конфликтующую пару (корпус и экран). Далее графически изображаем схему технического противоречия, где корпус (элемент «А») влияет и положительно (ровная стрелка), и отрицательно (волнистая стрелка) на экран (элемент «Б»):

В данном случае самым простым вариантом будет введение дополнительного элемента «X». Его задачей является устранение либо негативного воздействия, либо его последствий.

Сложным вариантом будет вообще исключить введение каких-либо элементов. В таком случае обычно требуется переосмыслить существующие компоненты, чтобы негативное воздействие корпуса на экран в один момент времени полностью (или частично) устранялось в другой момент времени. Этот вариант оставим под занавес.

Итак, необходимо ввести элемент «X». Речь, разумеется, не о манипуляторе, который будет разглаживать экран. В идеале он должен сам себя разглаживать, используя имеющие ресурсы. Вернемся к картинке, где деформированный экран изображен красной линией:

Для его разглаживания необходимо, чтобы существующие на подвижной опоре поворотные рычаги 81 и 82 были на уровне элементов 122 и 222. Теперь его нужно как-то притянуть… Вот, собственно, и ответ. К тому десятку слоев экрана добавляется еще один в виде металлической подложки (разумеется, не монолитный, для возможности гнуться), а опорная пластина 7 с рычагами 81 и 82 выполняется в виде электромагнита, чтобы притянуть место сгиба и выправить его поверхность.

Возможно, между металлической подложкой и остальной частью экрана потребуется какой-то диэлектрический слой, но думаю, суть ясна. До ИКР решению далеко. Пришлось вводить металлическую подложку и электромагнит.

Как насчет обойтись только подложкой?

И тут нам может помочь один из стандартных приемов разрешения противоречий. А именно «принцип предварительного антидействия».

По картинке очень сложно увидеть, что к чему. Но смысл вышеозвученного способа состоит в том, что если по условию задачи требуется совершить какое-то действие (согнуть экран), то необходимо заранее совершить антидействие. Данные приемы не следует понимать буквально.

Давайте проведем еще один эксперимент с листами A4 (надеюсь, вы их не склеивали). Возьмите 1, оберните вокруг маркера и прогладьте это место. Уберите маркер. Лист остался согнутым. Если понимать «принцип предварительного антидействия» буквально, то нам нужно заранее согнуть лист в противоположную сторону. Но не спешите. Как еще можно придать ему ровности? Те, кто прошел с детьми садик и поделки из бумаги, наверняка сразу догадались. Вот решение:

Если внимательно посмотреть на опору места сгиба, то можно увидеть, что она изогнутой формы. То есть если мы разместим в качестве подложки экрана множество пружинных пластин определенного радиуса, которые в сложенном состоянии будут распрямляться, а в разложенном — сгибаться, то складка экрана будет разглаживаться сама собой (в лаборатории на практике лучше все же проверить). Попробуйте с листком. Если у вас есть согнутый по маркеру лист, то разместите складку вертикально, а потом по едва ощутимому радиусу согните лист по горизонтали. Сильно ее видно?

Закрепим успех формулой изобретения:

Смартфон, содержащий корпус, состоящий из двух половин, соединенных шарниром; гибкий экран, аккумулятор, отличающийся тем, что упомянутый экран содержит дополнительный магнитный слой, а шарнир содержит электромагнит.

Ну и второй вариант:

1. Смартфон, содержащий корпус, состоящий из двух половин, соединенных шарниром; гибкий экран, аккумулятор, отличающийся тем, что упомянутый экран содержит дополнительный слой из материала с памятью формы.
2. Смартфон, по п.1 отличающийся тем, что шарнир содержит по меньшей мере один криволинейный элемент, форма которого соответствует форме упомянутого дополнительного слоя экрана.

Из этих формул и текста статьи легко можно понять суть и принцип работы устройства, так что главное, чтобы статья оставалась в общем доступе. Если встретите патент с подобными признаками — можете опротестовывать.

В комментариях мне говорили о том, что никто еще не разбогател на подобной, цитирую, «около логической писанине». Могу возразить. Многие компании, в которых развита рационализация и патентование, получают огромные деньги как с лицензий, так и с заградительных мер для конкурентов, благодаря патентам.

Заключение

Хотелось бы отметить, что изобретатели и конструкторы — это не всегда одни и те же люди. Часто конструктор просто дорабатывает единожды пришедшую кому-то в голову слабую идею. Вокруг нее могут выстраиваться целые отделы или конструкторские бюро. А потом приходит недоучка с новой идеей и кладет на лопатки гиганта индустрии.

Важно помнить, что, даже становясь высококлассным опытным спецом, нельзя зашоривать взгляд. Необходимо смотреть на задачу с разных углов и слушать мнения разных людей (не только авторитетных ученых). Ну или учить ТРИЗ.

Смелых идей, отличных изобретений и успешных продуктов. Удачи.