تحلیل اختراعات با نظریه مجموعه‌ها
باور عامه این است ریاضیاتی که در دوران مدرسه خوانده‌ایم کاربرد زیادی در دنیای واقعی ندارند. زیاد شنیده‌ایم که می‌گویند “وقتی لاستیک من پنجر می‌شود، انتگرالی که در مدرسه خوانده‌ام به چه درد من می‌خورد؟”
نظریه مجموعه‌ها و قوانین مرتبط با آن از جمله موضوعاتی هستند که شاید تصور این باشد، چندان کاربردی ندارند. قصد دارم در اینجا نحوه استفاده از نظریه مجموعه‌ها را در تجزیه و تحلیل اختراعات و نیازها باز کنم.
نظریه مجموعه‌ها شاخه‌ای از منطق ریاضی است که از تعدادی مجموعه تشکیل شده است که هر مجموعه از عناصری تشکیل شده است. یکسری عملگرها هم در این نظریه وجود دارد از جمله اجتماع و اشتراک.
در همین حد دانستن و آشنایی برای کار ما کفایت می‌کند. اکنون با دو مثال متفاوت نحوه استفاده از این نظریه را در تجزیه‌وتحلیل اختراعات بررسی می‌کنیم.
مثال اول
هدف شما اختراعی در حوزه تولید برق خانگی است. چگونه از نظریه مجموعه‌ها در این مورد استفاده کنیم؟
گام اول: شناسایی نیازها برای سیستم تولید برق خانگی
سه مجموعه داریم که هر کدام نشان‌دهنده یک دسته از نیازها برای سیستم تولید برق خانگی است. این دسته‌بندی‌ها به شکل زیر هستند:
A: نیازهای فنی و عملکردی (پایداری، کارایی، سازگاری با شبکه)
B: نیازهای اقتصادی و رفاهی (مقرون به صرفه بودن، نگهداری آسان)
C: نیازهای زیست‌محیطی (استفاده از منابع انرژی پاک، کاهش آلودگی)
گام دوم: اشتراک این نیازها برای طراحی اختراع
حال می‌خواهیم اختراعی طراحی کنیم که از اشتراک این سه دسته نیازها حاصل شود. در این نظریه مجموعه‌ها، اشتراک نیازها به‌صورت عملگر ∩ تعریف می‌شود. بنابراین، اختراعی که از اشتراک این سه نیاز حاصل شود، باید تمام ویژگی‌های زیر را داشته باشد:
A ∩ B ∩ C
این به این معنی است که سیستم تولید برق خانگی باید:
- پایداریبرق تولیدی را حفظ کند.
- دارایکارایی بالا باشد تا بتواند برق کافی تولید کند.
- به‌راحتی به شبکه برق متصل شود.
- از لحاظاقتصادی مقرون به صرفه باشد.
- نیاز بهنگهداری کمی داشته باشد.
- ازمنابع انرژی پاک مانند خورشید یا باد استفاده کند.
- تولیدآلودگی زیست‌محیطی را کاهش دهد.
گام سوم: بررسی شرایط اختراع
حالا که اختراع را با استفاده از اشتراک نیازها طراحی کردیم، می‌خواهیم شرایطی را که این اختراع نمی‌تواند همه نیازها را با هم برآورده کند شناسایی کنیم. شاید در عمل نتوان اختراعی داشت که هم مقرون به صرفه باشد و هم آلودگی زیست محیطی نداشته باشد. این به ما کمک می‌کند تا در طراحی اختراع خود، همه جنبه‌ها را به دقت در نظر بگیریم و از نقاط ضعف احتمالی جلوگیری کنیم. می توانیم بررسی کنیم که کدام مجموعه از نیازها در اولویت هستند.
مثال دوم
اختراعی برای دیابتی‌ها
گام اول: شناسایی نیازهای فرد دیابتی
یک فرد دیابتی به طور معمول نیازهای خاصی دارد که باید در طراحی هر نوع محصول یا اختراعی مدنظر قرار بگیرند. این نیازها را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد:
A: نیازهای فیزیکی و پزشکی
نیاز به کنترل سطح قند خون: فرد باید بتواند به‌طور مداوم سطح قند خون خود را کنترل کند.
نیاز به مصرف دارو و انسولین در زمان‌های مشخص: فرد باید از یک روش ساده و قابل‌اعتماد برای مصرف دارو و انسولین برخوردار باشد.
نیاز به پیشگیری از عوارض دیابت: برای پیشگیری از مشکلاتی مثل مشکلات چشمی یا کلیوی، فرد به مراقبت مستمر نیاز دارد.
B: نیازهای روانی و رفاهی
نیاز به احساس راحتی و امنیت: فرد باید از احساس نگرانی در مورد کنترل بیماری خود کاسته و احساس راحتی کند.
نیاز به مدیریت زمان و برنامه‌ریزی: فرد باید بتواند برنامه‌ی دقیقی برای مصرف دارو و ورزش داشته باشد.
نیاز به دسترسی سریع به اطلاعات و مشاوره: فرد باید دسترسی آسان به اطلاعات پزشکی، تغذیه‌ای و مشاوره‌ای داشته باشد.
گام دوم: اختراعی که می‌تواند این نیازها را برآورده کند
اختراعی که می‌تواند این نیازها را برآورده کند می‌تواند یک دستگاه هوشمند کنترل قند خون باشد که در کنار آن ویژگی‌هایی مثل یادآوری زمان مصرف دارو، مشاوره پزشکی و پیگیری وضعیت سلامت را نیز فراهم می‌آورد. این دستگاه می‌تواند به‌صورت یک ساعت هوشمند یا گجت پوشیدنی باشد که:
- به‌طور مداوم سطح قند خون فرد را بررسی کند.
- یادآوری‌هایی برای مصرف دارو و انسولین ایجاد کند.
- پیشنهادات تغذیه‌ای مناسب بدهد.
- به فرد کمک کند تا وضعیت سلامتی خود را بهتر مدیریت کند.
گام سوم: بررسی شرایط اختراع
در نظریه مجموعه‌ها، وقتی شما با چند نیاز مواجه می‌شوید، می‌توانید نیازهایی را که اولویت دارند (یعنی اهمیت بیشتری دارند) به‌طور منطقی ترکیب کرده و تجزیه‌وتحلیل کنید. در اینجا می‌توانیم از عملگرهای منطقی برای بررسی ترکیب نیازها استفاده کنیم و ببینیم که کدام ترکیب به بهترین شکل ممکن با اختراع شما سازگار است.
برای مثال، شما می‌خواهید دو ویژگی از دستگاه را با هم ترکیب کنید:
ویژگی 1: دستگاه باید قند خون را کنترل کند.
ویژگی 2: دستگاه باید یادآوری برای مصرف دارو داشته باشد.
تحلیل بهینه ترکیب نیازها:
فرض کنید اولویت شما این است که “کنترل قند خون” بسیار مهم‌تر از “یادآوری دارو” است. در این صورت،
این دستگاه می‌تواند یکی از این دو ویژگی را داشته باشد و هنوز هم نیازهای اساسی را برآورده کند. این کار به شما این امکان را می‌دهد که بر اساس اولویت‌ها تصمیم بگیرید که کدام ویژگی‌ها در اولویت قرار دارند.
با استفاده از نظریه مجموعه‌ها، می‌توانید به‌طور سیستماتیک نیازهایی که باید در یک اختراع دیابتی اولویت داشته باشند را شناسایی کنید و به این ترتیب، تصمیم بگیرید که کدام ویژگی‌ها باید در دستگاه شما قرار داشته باشند.
بنابراین با استفاده از نظریه مجموعه‌ها در ریاضیات به راحتی می‌توانید اختراعات خود را تجزیه‌وتحلیل کنید، نیازها را اولویت‌بندی کنید و براساس اولویتی که دارید، اختراع کنید.
پیشنهاد: مطالعه مقاله ” هر آنچه در مورد ثبت اختراع بایستی بدانید”
