Elképzelések a Diszlokáció a műszaki gyakorlatban, az ATTB keretében működő munkacsoport tevékenységéről

1. Előzmények

Az ATTB 2024. február 13-án dr. Verő Balázs, az ATTB és a Prohászka János Alapítvány kuratóriumi tagjának előterjesztésében elfogadta a Diszlokáció a műszaki gyakorlatban című munkacsoport megalakulására vonatkozó javaslatot. A végső döntést a Műszaki Tudományok Osztálya hozza meg. A munkacsoportban folyó tevékenység koordinálásával az előterjesztőt bízta meg az ATTB. Lényegesnek tartjuk hangsúlyozni, hogy a munkacsoporton belüli tevékenység koordinálásáról, és nem vezetéséről van szó.

A projekt címében foglalt témakör szakirodalma ma már könyvtárnyi terjedelmű. A siker reményében csak akkor foghatunk a munkához, ha a feladatnak legjobban megfelelő kutatási módszert választjuk és alkalmazzuk.

2. A koordináció tartalma

Ha az utca emberét megkérdeznénk, hogy számára mit foglal magába a „koordináció” fogalma, némi habozás után valószínűleg azt válaszolná, hogy az összehangolást jelent. Érdekes, hogy a koordinációval megegyező fogalomként többféle változatot is olvashatunk, de ezek közül önmagukban egyik sem fedi le a latin eredetű szó fogalmát.

„A koordináció – értelmező szótári meghatározása szerint – egymás mellé rendelést, összehangolást, „megfelelő viszonyba hozást” jelent.”

Ennek a meghatározásnak mindhárom eleme külön-külön, de főleg együttesen pontosan leírja a munkacsoport munkájában végzendő tevékenység jellegét. Érdekes módon a koordináció fogalmához a tudományokban az egymás mellé rendelés összetett kifejezést alkalmazzák. Az is lényeges, hogy a koordináció mindig valamely cél megvalósítására irányul. Koordinálni lehet az emberi tevékenységet, a szellemi tevékenység által létrehozott alkotásokat, a műszaki folyamatok megvalósítását szolgáló technikákat és a technikai berendezésekkel megvalósuló és egymásra épülő technológiai folyamatok lépéseit. A felsorolt négy területen könnyen tudunk megfelelő példákat találni.

3. A munkacsoport megalapításának célja

Az előzőekből látható, hogy a koordináció célja számos területet ölelhet át. A megalakítandó munkacsoport tevékenysége is sokrétű lesz, ennek ellenére megkíséreltük egyetlen mondatban összefoglalni célunkat:

A Diszlokáció a műszaki gyakorlatban koordinált kutatás célja a diszlokációkra nézve olyan egységes elméleti alapokon nyugvó és nemzetközi színvonalú ismeretanyag kidolgozása és elterjesztése a műszaki felsőoktatásban, amely alkalmas az adott területen eddig elért eredmények újraértelmezésére és innovatív technológiai megoldások kidolgozására.

A diszlokáció a műszaki gyakorlatban című koordinált kutatásban a diszlokációk egyetemi előadási ismeretanyagának koordinációja kapcsán lehet legszemléletesebben bemutatni ennek a működési módnak a lényegét, nem feledkezve meg azonban arról, hogy a tananyag nemzetközi szintre való emelése lényegében a műszaki fejlesztést támogatja, szolgálja.

3.1. A műszaki felsőoktatás diszlokációkkal foglalkozó előadási ismeretanyagának koordinált fejlesztése

Mivel ennek a munkának egyik célja a diszlokációkkal kapcsolatos tananyag nemzetközi szintre való emelése, előre látható, hogy több, egymást követő és különböző szintű koordinációra lesz szükség. Ne feledjük, hogy a koordináció szintjét alapvetően a koordinációba bevont anyagok színvonala határozza meg. Így, első megközelítésben beszélhetünk alap-, közép- és felső szintű koordinációról. Lényeges azonban, hogy mindhárom esetben a koordináció folyamatát annak három, értelmező szótár szerinti eleme határozza meg.

Az alapszintű koordináció esetén a munkacsoport tagjainak birtokában lévő ismeretanyagot tekintjük kiindulásnak. Az ismeretanyag változatos formában lehet jelen.

A koordináció első eleme az egymás mellé rendelés. A munkacsoport esetében ez azt jelenti, hogy az annak munkájában résztvevő kollégák jelenleg meglévő tudásanyagát egymás mellé helyezve azt egyenként elemezzük. Ennek az elemzésnek az eredményeképpen képet kapunk az egyes felsőoktatási intézményekben oktatott tananyagról, és az is kitűnhet, hogy a saját tananyag milyen viszonyban van a társintézmények anyagával. Hangsúlyozzuk, hogy ezt a feladatot a munkacsoport minden egyes tagja egymástól függetlenül végzi el.

A koordináció második eleme az összehangolás. Az előzőekben meghatározott munka eredményeképpen létrejött egyéni értékeléseket egymással is megismertetjük, és a munkacsoport koordinátorának vagy egy általa felkért kisebb csoportnak a segítségével kialakítjuk azt a közös ismeretanyagot, amelyet a résztvevők szükségesnek tartanak oktatási, majd később kutatási tevékenységük során alapul venni.

A koordináció harmadik eleme a megfelelő viszonyba hozás. Miután a munkacsoport munkájában résztvevők megegyeztek az adott témakör oktatása során alapnak tekinthető ismeretanyagban, minden egyes intézménynek módjában van erre az alapra építve a helyi sajátosságokat, kutatási irányokat és igényeket figyelembe véve azt kibővíteni, de semmiféleképpen nem szűkíteni. Bizonyos, hogy az anyagmérnököknek és a gépészmérnököknek vagy egyéb műszaki képzésben részesülő mérnököknek eltérő, de az alapismeretekkel szoros összefüggésben lévő tudásanyagot kell megkapniuk, megismerniük.

Ha gondolatban végigjátsszuk ezt a folyamatot, akkor akár elégedettek is lehetnénk adott esetben az eredménnyel. A koordinált kutatás ugyanis egyrészt egy olyan működési forma, amelyben a résztvevő partnerek mindegyike győztesnek tekintheti magát, anélkül, hogy egyénileg különösebb erőfeszítésekre kényszerülne. Ez a működési mód tehát szinte minden részletében különbözik a szokásos kutatási folyamatoktól, amelyekben egy-egy kiválasztott személy viseli a munka döntő terhét. Manapság, amikor az ismeretek mennyisége rohamosan nő, az ilyen típusú vállalkozás sikere megkérdőjelezhető.

Bármennyire is előnyös a koordinált kutatás, egy dologról nem feledkezhetünk meg, nevezetesen arról, hogy az utolsó fázis, a megfelelő viszonyba hozás után az elért eredmény milyen viszonyban van színvonalát tekintve a világban elért eredményekkel. Adott periódusban végzett koordinált kutatás színvonalát – amint azt már említettük – a résztvevő tagok által a folyamatba bevitt ismeretanyag színvonala határozza meg, ezért ha ez nem képezi a folyamatos fejlesztés tárgyát, akkor csak részeredményt érhetünk el.

Ezt a nehézséget részben áthidalhatja, ha a koordinálandó ismeretanyagok között megjelennek az adott tudományterület legújabb eredményei. Az azonban nem valószínű, hogy az utolsó évek eredményei szerves egységet képezve jelennek meg. Ehhez az egész terület áttekintése szükséges. Ez a probléma a most induló koordinált kutatás esetén is fel fog merülni, mert – amint erre még majd visszatérünk – a diszlokációk témakörében magyar nyelven összefoglaló munka mintegy harminc évvel ezelőtt jelent meg.

A középszintű koordináció elvét tekintve természetesen megegyezik az alapszintűvel, de a koordinációba bevont ismeretanyag jellege más. A magasabb szintű koordináció csak úgy folytatható, ha az alapszintű koordináció során létrejött tananyagot elismert, és nemzetközileg elfogadott ismeretanyaggal vetjük össze. Ez nem jelenti szükségszerűen a külföldi felsőoktatási intézményekkel vagy külföldi kollégákkal való együttműködést, hiszen hazánkban is vannak ezt a témakört magas színvonalon művelő szakemberek. Elsősorban a természettudományi felsőfokú intézményekre kell gondolni, de az sem kizárt, hogy a műszaki egyetemeinken vagy más kutatóhelyeken is működnek ilyen színvonalú kutatócsoportok.

Műszaki felsőoktatási intézményeinkben az anyagtudomány oktatása a BSc, az MSc és a doktori képzés szintjén folyik. Értelemszerűen mindhárom szintnek megfelelő oktatási anyagot kell kidolgozni a koordináció során. Valószínű, hogy a doktori képzés tananyagának fejlesztésében kell leginkább előrelépnünk, elérnünk a nemzetközi színvonalat.  

A koordináció teljesen új lehetőségét teremtette meg az anyagtudományi számítógépes modellezés és a mesterséges intelligencia széleskörű alkalmazása. Ezt a két lehetőséget a koordináció legmagasabb, felső szintjének tartjuk. Mindkét említett esetben ugyanis a koordináció három elemének végrehajtásakor a középszintű koordináció során figyelembe vett ismeretanyagnál mind mennyiségi, mind típusát tekintve lényegesen több illetve többféle információra támaszkodunk.

A műszaki gyakorlatban a technológiai folyamatok számítógépes szimulációjának kitüntetett jelentősége van, hiszen az adott technológiai folyamat modellezésekor a folyamatra vonatkozó információkat a számítástechnika segítségével matematikailag jelenítjük meg, reprezentáljuk. Az anyagtudományi folyamatmodellezés kitüntetett szerepe abban is megmutatkozik, hogy nemcsak a szövetszerkezeti sajátosságok, hanem a termék felhasználói tulajdonságainak előrejelzésére is lehetőség van. A számítástechnika rohamos fejlődésével, és azzal együtt a fizikai szimulátorok kifejlesztésével a matematikai szimuláció eredménye közvetlenül összevethetővé válik az adott technológiai folyamat során létrejött termék méréssel meghatározható tulajdonságaival. A Gleeble 3800 típusú termomechanikai szimulátor az előzőekben megfogalmazott feladat egyik legkorszerűbb eszköze, amely a Dunaújvárosi Egyetem laboratóriumában üzemel.

Az anyagtudományi modellezés koordinációja során az első lépést a különböző intézményekben működő kutatócsoportok számítástechnikai kapacitását a birtokukban lévő, és részben esetleg továbbfejlesztett és a saját fejlesztésű programjaikat rendeljük egymás mellé. Napjainkban a számítógépes kapacitás műszaki egyetemeinken már nem lehet korlátja ennek a lépésnek, de a szoftverek „cseréje” bizonyos jogi problémákat is felvethet. Így az egymás mellé rendelés során csak információk megosztásáról lehet szó. Egymás lehetőségeinek megismerésével képet alkothatnak saját fejlettségi szintjükről is. Következő lépésként pedig az egyénileg elvégzett elemzések eredményének birtokában kialakíthatják azt a közösen is művelhető anyagtudományi modellezési területet, amely feltétlenül szükséges a diszlokációkkal kapcsolatos ismeretanyag nemzetközi szintre emeléséhez. Az előadási anyag fejlesztéséhez hasonlóan az utolsó lépésként erre a közös alapra építve mindegyik kutatócsoport kialakíthatja saját speciális igényeket kielégítő modellezési tevékenységét.

Tudomásunk szerint hazai kutatóhelyeinken a fejlettebb országokból származó számítógépes programokat használják, alkalmazzák a diszlokációdinamikai kutatásokban. Így a diszlokáció tananyagának koordinációjával ellentétben, ebben az esetben már eleve megvalósul a nemzetközi kapcsolatfelvétel.

A legmagasabb szintű koordináció megvalósítható a mintegy két éve mindenki által elérhető ChatGPT programmal is. Ezt a lehetőséget már József Attila is megjósolta Ars poetica című versében, amikor azt írta, hogy: „A mindenséggel mérd magad!”. A rohamosan terjedő módszer az élet szinte minden területén alkalmazható, és ez a diszlokációkra vonatkozó ismeretekkel kapcsolatban is igaz. Ne felejtsük, hogy a mesterséges intelligencia alkalmazásakor a saját koordinációs kutatásunk eredményeképpen létrejövő ismereteket a világ összes tudósa által az ezen a területen elért eredményekkel rendeljük egymás mellé. Az a paradox helyzet áll elő, hogy a mesterséges intelligencia „tudásában” saját tudásunk is megjelenik, és azt sem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy abban hibás, téves megfontolások is létrejöhetnek.

A mesterséges intelligencia esetünkben az alábbi területeken hozhat eredményt:

  • Az egyes részterületeken kérdéseket tehetünk fel, és a kapott válaszokra reagálva vitatkozhatunk is a mesterséges intelligenciával.
  • Egy-egy szűkebb témakörben rövid összefoglaló anyagot is kérhetünk a MI-től, és ezt a saját megegyező tárgyú anyagok mellé rendeljük, elemezve a hasonlóságokat és különbségeket.
  • Mivel a Diszlokáció a műszaki gyakorlatban című koordinált kutatás elsődleges célja a vonatkozó oktatási anyag nemzetközi szintre való emelése, a MI-t a felsőfokú oktatás mindhárom szintjén alkalmazni kell. Nagy segítséget jelent a MI a zárthelyi kérdések megfogalmazásában, a hallgatói válaszok értékelésében, a hallgatók vitakészségének fejlesztésében, a mérési jegyzőkönyvek felülvizsgálatában, a diákköri dolgozatok értékelésében stb. Kritikus lehet a szakdolgozatok és a különböző szintű disszertációk téziseinek MI-vel való értékelése.

Hangsúlyozzuk, hogy a mesterséges intelligencia alkalmazása a saját intelligenciánk nélkül elképzelhetetlen, téves eredményekre vezethet, ugyanakkor az is meggyőződésünk, hogy a közeljövő kutatói tevékenységének elengedhetetlen eszköze.

3.2. A műszaki felsőoktatás diszlokációkkal foglalkozó vizsgálati és méréstechnikai ismeretanyagának koordinált fejlesztése

A diszlokációk előadási anyagának korszerűsítése, nemzetközi szintre való emelése során minden bizonnyal a vizsgálati és méréstechnikai kérdések elméleti hátterét is megfelelő szintre emeljük. Az is valószínű, hogy a diszlokációk egyedi és kollektív tulajdonságainak megismerésére szolgáló vizsgálati és mérési technikák fejlesztésének koordinált kutatásában résztvevők száma lényegesen kisebb lesz, mint az előadási anyagok esetén volt. Ez annak a következménye, hogy már az alapszintű koordináció esetén is elemeznünk kell a rendelkezésre álló vizsgálótechnikai eszközök tulajdonságait, a preparációs technikák megfelelőségét és az értékelési eljárások korszerűségét. Könnyen belátható az is, hogy ebben az esetben is alapvetően információcseréről lehet csak szó. Az alapszintű koordináció első lépését az előbb említett három területen, az egyes kutatóhelyeken meglévő információk egymás mellé rendelése jelenti. Ezt a rendelkezésre álló információs csomagokat minden egyes aktív résztvevő egyénileg értékeli, képet kapva saját lehetőségeinek színvonaláról. A második lépésben, az összehangolásban ki kell alakítani azt a mindegyik résztvevő által művelhető közös területet, amely még az anyagmérnök-képzés igényeit kielégíti. Valószínű, hogy ezen a ponton arra is fény derül, hogy a vizsgálati folyamat egyes lépéseit egyes laborok nem képesek megvalósítani, és szükségessé válik a laborok közötti együttműködés, itt elsősorban magának a megfelelő teljesítőképességű vizsgálóberendezésnek a hiánya merülhet fel. Ennek a két lépésnek az eredményeképpen ki fog rajzolódni a résztvevő laborok teljesítőképességének egymáshoz mért viszonya, amely majd segít abban, hogy a műszaki gyakorlat során felmerülő vizsgálati problémákat a leghatékonyabb megoldást szolgáltató laboratóriumban helyezzük el.

A középszintű koordinációra a természettudományi egyetemeken illetve anyagtudományi kutatóintézetekben működő magasan képzett szakemberek illetve a legkorszerűbb technikával ellátott laborok lesznek képesek, akiknek/amelyeknek széleskörű nemzetközi kapcsolataik is vannak.

A vizsgáló- és méréstechnikai koordinált kutatás két fő területre koncentrál, nevezetesen a vékonyfóliás nagyfeszültségű elektronmikroszkópos és az általános értelemben vett diffrakciós technikákra. Elképzeléseink a kutatás módszertanára vonatkoznak, ezért e két terület részletes szakmai elemzésének nem itt van a helye. A jelenlegi infrastrukturális helyzet megismerése után lehet csak kidolgozni az ehhez a ponthoz rendelhető részletes programot.

4. A Diszlokáció a műszaki gyakorlatban című koordinált kutatás eredményeinek hatása

Ennek a koordinált kutatásnak – ahogy azt a projekt címe is mutatja – az oktatási anyag egységes fejlesztésén túlmenően az is célja, hogy a műszaki gyakorlatban is megjelenjen, azt magasabb szintre emelve. Két területet nevezünk meg. A már eddig tárgyalt diszlokációkkal kapcsolatos jelenségek hogyan értelmezhetők az új ismeretanyag birtokában, az általánosan elfogadott tárgyalásmódokat újra kell-e fogalmazni, módosítani. Ahogy már a 3.1.-ben említettük, az egydimenziós rácshibák tulajdonságairól átfogó szakirodalom dr. Prohászka János tollából mintegy harminc éve jelent meg, nem megfeledkezve Kovács István és Zsoldos Lehel korábbi, természettudományi szemléletű könyvéről. Ahogy azt már a bizottsági előterjesztésben is elhangzott, az elmúlt harminc évben elért fejlődés eredményeképpen számos kérdést újra kellene gondolni. Ezek közül néhány példát említünk.

Alapvető példa az, hogy egy adott diszlokációkkal kapcsolatos jelenséget kontinuummechanikai vagy kristályképlékenység-tani (christal plasticity) megközelítésben kell tárgyalni. Nem tisztázott az úgynevezett ős- vagy első diszlokáció keletkezésének mechanizmusa sem, további problémát jelent az, hogy a diszlokációknak nincs egyensúlyi koncentrációjuk, jelenlétük a rendszer szabad entalpiáját növeli.

Felmerül például a kérdés, hogy a korábbi évtizedekben a fémekben lejátszódó alakváltozási jelenségeket a Frankel-féle diszlokáció-modell alapján tárgyalták, holott ez a modell a ChatGPT szerint csak az ionkristályos anyagok alakváltozásának leírására használható, a fémek alakváltozása pedig a Peierls modellel írható le. Irodalmi forrásokban arról is olvashatunk, hogy a diszlokáció-gyűrű Burgers-vektorának irányát egyes esetekben helytelenül állapították meg, és ennek eredményeképpen az adott kutatás konklúziója sem helyes. Számos kérdés maradt tisztázatlan a Frank–Read forrás működésével kapcsolatban is, különösen az egymással találkozó diszlokációhurok szakaszok érintkezésekor lejátszódó reakcióval kapcsolatban. A műszaki gyakorlatban meghatározó jelentőségű Hall–Patch összefüggés értelmezésekor is számos új szempont merült fel, melyek elvezettek az ultrafinom vagy nanoszemcsés fémek és ötvözetek folyási határának a krisztallit méretétől való váratlan változásának értelmezéséhez. És a sort még hosszan lehetne folytatni.

Ennek a problémának néhány esetével az [1] irodalmi hivatkozásban foglalkoztunk.

A másik területen végzett munka pedig arra irányul, hogy a korszerűsített ismeret birtokában milyen új, innovatív megoldások képzelhetők el. Ezekre az innovatív technológiai megoldásokra értelemszerűen most még példát nem tudunk említeni, hiszen ehhez a felvázolt koordinált kutatási folyamat minden egyes lépését a legmagasabb színvonalon – akár teljesen új elképzelések megvalósításával – kell megoldani. Lehet azonban egy olyan, a maga korában innovatív technológiai eljárást megemlíteni, amelyben a diszlokációk jelenlétének kétféle hatása is érvényesül, nevezetesen az alakváltozásban és a szilárdságnövelésben játszott szerepük. Ezt a technológiát magyar kifejezéssel sajtoló edzésnek hívhatjuk, eredeti angol neve press hardening. A különböző szilárdságot biztosító, bórral mikroötvözött acéllemezt nagy hőmérsékletről indulva alakítják a sajtoló-szerszámokkal, és maguk a szerszámok biztosítják az edző hatású lehűlési sebességet. Megemlítjük, hogy a diszlokációs projektünkkel párhuzamosan éppen ebben a témakörben indul az ATTB-n belül egy kutatási munka. Ha a sajtoló edzés technológiájának konkrétumaitól elvonatkoztatunk, akkor ez a megoldás segíthet új innovatív technológiák kigondolásában.

5. Összegzés

Meggyőződésünk, hogy a Diszlokáció a műszaki gyakorlatban című koordinált projekt megvalósítására az MTA Műszaki Tudományok Osztálya keretében működő ATTB ideális keretet biztosít, figyelembe véve, hogy ebben a bizottságban koncentrálódik tagjai által a szükséges elméleti és technológiai tudásanyag. Különösen fontos eredményeket várunk és remélünk azoknak a jelenségeknek az újraértelmezésében, amelyekben a diszlokációk mozgása, sokszorozódása, megszűnése és a közöttük lejátszódó reakciók meghatározó szerepet játszanak. A kutatási munkának az új innovatív műszaki területekre való kiterjesztése magában hordozza a jövő, ma még nem is ismert technológiai megoldásainak lehetőségét.

A kutatás, a kutatómunka minden esetben a munka megkezdéséig még nem birtokolt új tudás megszerzésére irányul. A munka megkezdése előtt meg kell fogalmaznunk azokat a kérdéseket, amelyekre választ várunk. A Diszlokáció a műszaki gyakorlatban című projekt esetén két alapvető kérdést fogalmaztunk meg:

  • A műszaki egyetemeinken a diszlokációval kapcsolatos ismeretanyag színvonalát tekintve megfelel-e a nemzetközi színvonalnak?
  • A műszaki egyetemeinken a diszlokációval kapcsolatos ismeretanyag alapot adhat-e új, innovatív technológiai megoldások kidolgozásához.

Úgy gondoljuk, hogy jelenlegi ismereteink alapján mindkét kérdésre csak nemmel tudunk válaszolni, vagyis megalapozottnak tartjuk a koordinált kutatómunka megkezdését.

Irodalom

[1] Verő Balázs – Dobránszky János: A Frank-Read-diszlokációforrás a generatív mesterséges intelligencia célkeresztjében. anyagtudomany.eu

                                                                     Magyar Tudományos Akadémia
                                                           Anyagtudományi és Technológiai Tudományos Bizottság

Szólj hozzá!