改變世界的 15 項(xiàng)專利：iPhone竟然排在第二

今天的創(chuàng)新也許已經(jīng)不一樣了，但不變的是依然生機(jī)盎然。以下是塑造了現(xiàn)代世界的15項(xiàng)專利。

1、磁懸?。ù艖腋×熊嚕?/span>

專利名稱：“地面車輛的電磁感應(yīng)懸浮與穩(wěn)定系統(tǒng)”

磁懸浮列車的故事始于Eric Laithwaite和他的全尺寸線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)上面的工作。發(fā)明者意識(shí)到不需要跟鐵軌接觸的直線電機(jī)可以用來(lái)開發(fā)一套基于磁場(chǎng)的交通系統(tǒng)。Laithwaite測(cè)試了可利用磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)向上和向前推力的線型感應(yīng)電機(jī)。

Laithwaite的工作受到了廣泛研究，1967年，布魯克黑文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的James Powell和Gordon Danby拿到了磁懸浮列車的第一份專利。他們的設(shè)計(jì)是想利用超導(dǎo)電磁鐵來(lái)產(chǎn)生“懸浮力，讓列車漂浮在地面上，”并且用“推進(jìn)器、氣流或者火箭”獲得推力。

當(dāng)Laithwaite線性感應(yīng)電機(jī)的工作跟Powell與Danby的漂浮火車設(shè)計(jì)結(jié)合到一起時(shí)，第一輛商用磁懸浮列車就誕生了。1995年，英國(guó)開放了一條磁懸浮穿梭線路，德國(guó)人后來(lái)建造和測(cè)試了若干原型最后做出了Transrapid（磁懸浮列車）。上海的一輛由德國(guó)開發(fā)的磁懸浮列車是在運(yùn)行的最快的商用列車，最高運(yùn)營(yíng)速度達(dá)到了270邁（435公里/小時(shí)），而日本的L0系列磁懸浮列車原型以375邁（603公里/小時(shí)）的速度創(chuàng)造了速度記錄。在將來(lái)，超級(jí)高鐵系統(tǒng)可以利用類似的技術(shù)在真空蜜蜂管內(nèi)讓客艙漂浮起來(lái)并對(duì)其進(jìn)行加速，其最高時(shí)速有可能達(dá)到750邁（1207公里/小時(shí)）。

2、iPhone手機(jī)

專利名稱：“電子設(shè)備”

這個(gè)21世紀(jì)標(biāo)志性設(shè)備的專利幾乎告訴了你有關(guān)它的一切?？傮w來(lái)看，蘋果的為原創(chuàng)iPhone申請(qǐng)的專利只是把它叫做“電子設(shè)備”，只是說(shuō)這是“一種電子設(shè)備的裝飾設(shè)計(jì)，參見圖示和描述?！蔽臋n然后標(biāo)記了該“電子設(shè)備”的8個(gè)數(shù)字，只是告訴你它是從哪個(gè)方向顯示的，然后再引用相關(guān)專利和文檔。

盡管iPhone不是第一款智能手機(jī)也不是第一款連接上互聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)，但它的基本設(shè)計(jì)成功變革了很多人每天都要使用的設(shè)備的外觀和功能。iPhone更像是手持計(jì)算機(jī)而不是電話，它以及“電子設(shè)備”的后續(xù)改進(jìn)已經(jīng)影響了人類溝通、瀏覽甚至思考的方式。

3、機(jī)動(dòng)化的外骨骼

專利名稱：“運(yùn)動(dòng)輔助裝置與手段”

外骨骼有著很長(zhǎng)的歷史，可以追溯到1890年由Nicholas Yagin發(fā)明的“促進(jìn)走路的裝置”。非機(jī)動(dòng)的外骨骼用壓縮氣體存儲(chǔ)能量并幫助運(yùn)動(dòng)。

在1960年代，美國(guó)軍方推出了一個(gè)帶動(dòng)力的外骨骼項(xiàng)目叫做Hardiman，由通用電氣開發(fā)。這個(gè)大型的機(jī)械套裝旨在放大士兵的力量以便能舉起1500磅的重量，但是滿功率的時(shí)候外骨骼會(huì)受到猛烈的不受控運(yùn)動(dòng)之苦，所以從未在人類身上測(cè)試過。

技術(shù)不斷改進(jìn)，各種公司都對(duì)外骨骼進(jìn)行投資，目的是想幫助不同程度麻痹癥患者或者輔助工人的現(xiàn)場(chǎng)工作。持有這項(xiàng)2014年有動(dòng)力外骨骼專利的ReWalk，開發(fā)了一種用于康復(fù)中心的外骨骼，可以讓患有下肢癱瘓的病人學(xué)會(huì)坐、立、走甚至爬樓梯。MIT和歐洲太空總署也在設(shè)計(jì)類似裝置。未來(lái)的建筑工人、士兵，甚至宇航員都有可能用上外骨骼套裝。

4、四軸無(wú)人機(jī)

專利名稱：“全向直升式無(wú)人直升機(jī)”

今天在公園上空嗡嗡作響，對(duì)飛機(jī)造成干擾的四軸無(wú)人機(jī)其實(shí)早在1962年就申請(qǐng)了專利。Piasecki Aircraft Corporation的工程師Edward G. Vanderlip最先設(shè)計(jì)了讓直升機(jī)儀器在動(dòng)力失效的情況下仍能繼續(xù)工作的手段。

Vanderlip然后產(chǎn)生了將飛行員友好飛行系統(tǒng)吸收進(jìn)遠(yuǎn)程遙控的螺旋槳飛行器的想法。他的“全向、直升式直升無(wú)人機(jī)”大概描述了一個(gè)飛行“極其簡(jiǎn)單”的UAV。該無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)有“4個(gè)成對(duì)安排在對(duì)端的升力旋翼”所以俯仰的垂直軸總是垂直于地面的。這使得飛行器可以傾斜旋翼以任意方向飛行同時(shí)還能保持水平平臺(tái)。

等到飛行控制以及諸如相機(jī)和GPS導(dǎo)航等電子系統(tǒng)跟進(jìn)了Vanderlip的想法，四軸無(wú)人機(jī)終于可以成群結(jié)隊(duì)地在藍(lán)天上翱翔了。

5、3D打印機(jī)

專利名稱：“通過立體平版印刷制作3維物體的裝置”

1986年頒布的這項(xiàng)3D打印機(jī)專利領(lǐng)先于它的時(shí)代。文檔概述了大多數(shù)3D打印機(jī)使用的基本技術(shù)：立體平版印刷，或者樹脂的光固化。一個(gè)活動(dòng)平臺(tái)接受計(jì)算機(jī)的輸入然后將基座放置在一個(gè)噴嘴下方。噴嘴的液體樹脂一層層地形成物體，再由紫外光來(lái)固化。

隨著計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，3D打印的真正價(jià)值變得很明顯。有了像激光金屬燒結(jié)這樣的金屬印刷方法，制造商現(xiàn)在開始印刷諸如橋梁及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)這樣雄心勃勃的建筑物。

6、仿生眼球

專利名稱：“視網(wǎng)膜假體及制造視網(wǎng)膜假體的方法”

為盲人恢復(fù)視力的第一次嘗試是在1968年，當(dāng)時(shí)G. S. Brindley和W. S. Lewin兩位醫(yī)生給一位52歲的病人手術(shù)植入了一個(gè)設(shè)備。這個(gè)電子設(shè)備不是植入到病人的眼睛里面，而是他大腦的視神經(jīng)葉上。通過模擬大腦的神經(jīng)元，醫(yī)生讓病人能看到他一半視野內(nèi)的光點(diǎn)。

今天，由于有了小很多的電子器件，視力恢復(fù)設(shè)備已經(jīng)可以直接植入到視網(wǎng)膜里面，就像2013年的這項(xiàng)專利所描述那樣。往往安裝到太陽(yáng)鏡上的攝像頭被用于捕捉周圍區(qū)域的數(shù)據(jù)然后發(fā)送信號(hào)給視網(wǎng)膜植入物，后者再刺激眼球中的光感受器。完全失明的病人可以使用這一技術(shù)愛恢復(fù)部分視力，包括可以看清形狀和光的能力。隨著電極不斷縮小，使得更特殊的光感受器受到刺激，這項(xiàng)技術(shù)只會(huì)變得越來(lái)越好。

7、全球定位系統(tǒng)

專利名稱：“利用衛(wèi)星和被動(dòng)測(cè)距技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)”

GPS衛(wèi)星是由美國(guó)海軍發(fā)明的，今天則是由美國(guó)空軍運(yùn)營(yíng)。Roger L. Easton是全球定位系統(tǒng)的幕后策劃者，1950年代為美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了跟蹤在軌美國(guó)衛(wèi)星以及隨后的蘇聯(lián)衛(wèi)星的技術(shù)。1959年，Easton開發(fā)了海軍太空監(jiān)視系統(tǒng)——這是跟蹤美國(guó)上空所有在軌對(duì)象的第一張雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)。

在隨后的幾十年里，Easton改變了技術(shù)方向，換成從太空跟蹤地面對(duì)象。這項(xiàng)1974年授予他的專利描述了通過衛(wèi)星導(dǎo)航的方法。像TIMATION I和II這樣的行動(dòng)發(fā)射的高精度時(shí)鐘改善了這項(xiàng)技術(shù)，并且修正了狹義相對(duì)論導(dǎo)致的錯(cuò)誤。1977年，Navigation Technology Satellite 2發(fā)送了第一條GPS數(shù)據(jù)。

這項(xiàng)技術(shù)在好幾年的時(shí)間內(nèi)僅限于軍用，在第一次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)（有時(shí)候也被稱為“第一次太空戰(zhàn)”）中，美國(guó)利用GPS衛(wèi)星在科威特和伊拉克沙漠中導(dǎo)航。1995年，GPS實(shí)現(xiàn)了24顆衛(wèi)星的全面運(yùn)轉(zhuǎn)，今天，Google Maps幾乎從來(lái)都不會(huì)失去衛(wèi)星連接。

8、CRISPR基因編輯

專利名稱：“用于改變基因產(chǎn)物表達(dá)的CRISPR-Cas系統(tǒng)和方法”

CRISPR-Cas9是加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)的一種基因編輯工具，用于修改單細(xì)胞的生物體。這項(xiàng)技術(shù)隨后又被哈佛大學(xué)和MIT合作的非盈利組織Broad Institute（布羅德研究所）改進(jìn)，用到了多細(xì)胞生物體上，就像這項(xiàng)2014年的專利所概述那樣。今天，CRISPR被用于修改作物和家畜，以及治療患白血病等疾病的人類病人。

CRISPR-Cas9分為3個(gè)部分：定位生物體DNA正確片段的RNA鏈，切斷該DNA片段的Cas9酶，以及替換被刪除片段的可選DNA鏈。

CRISPR可被注入到胚胎內(nèi)或者引入到免疫系統(tǒng)細(xì)胞等細(xì)胞內(nèi)然后再給病人注射?；蚬こ痰目赡苄詣倓傞_始成形，治療各種疾病的藥物和手段正在慢慢浮出水面。

9、大腦植入物

專利名稱：“3維電極設(shè)備”

十九世紀(jì)末，醫(yī)生意識(shí)到大腦電刺激會(huì)導(dǎo)致人類和動(dòng)物發(fā)生身體運(yùn)動(dòng)。在20世紀(jì)，大腦刺激實(shí)驗(yàn)成功地改變了病人的情緒和行為。

猶他大學(xué) 1993年的這項(xiàng)專利概括所謂的“猶他陣列（Utah Array）”，并在隨后的一項(xiàng)專利中描述為“用許多金屬針跟大腦接觸用于偵測(cè)電信號(hào)或者傳輸信號(hào)給大腦的可植入集成裝置。”

從此以后，大腦植入物已經(jīng)發(fā)展到可以移動(dòng)機(jī)械假肢器官或者通過思考在計(jì)算機(jī)輸入文字的程度。在未來(lái)，像神經(jīng)織網(wǎng)這樣覆蓋大量神經(jīng)元的的技術(shù)可用于讓人通過思想與計(jì)算機(jī)交互。

10、石墨烯

專利名稱：“納米級(jí)石墨烯板”

我們可能正在步入石墨烯時(shí)代。這種由碳分子通過蜂窩結(jié)構(gòu)排列出來(lái)的二維復(fù)合材料出奇的輕，當(dāng)時(shí)強(qiáng)度卻被類似厚度的鋼高200多倍，并且有著很強(qiáng)的耐熱性和導(dǎo)電性。這些屬性使得石墨烯和類似的碳復(fù)合材料非常適合于計(jì)算機(jī)芯片、機(jī)翼以及眾多其他應(yīng)用。

石墨烯由大塊石墨制成，后面的這玩意兒你可以在鉛筆上找到。然而，將只有一個(gè)原子厚度的一層碳分子隔離出來(lái)是極其具有挑戰(zhàn)性的。直到2004年才由曼徹斯特大學(xué)的Andre Geim和Konstantin Novoselov利用膠帶，也就是所謂的“透明膠帶法”提煉出一層原子厚度的石墨烯晶體。“因?yàn)槎S材料石墨烯的突破性實(shí)驗(yàn)”，這項(xiàng)工作在2010年為他們贏得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。 后續(xù)又發(fā)明看新的創(chuàng)新性的析取材料方法，比如2006年的這項(xiàng)專利就是利用片狀剝落技術(shù)創(chuàng)造石墨烯。

11、藍(lán)牙

專利名稱：“移動(dòng)通信設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交換”

1994年Jaap Haartsen發(fā)明了藍(lán)牙，使得臨近的電子設(shè)備能夠利用低功耗、超高頻的無(wú)線電波相互連接。Haartsen構(gòu)思了多份與藍(lán)牙相關(guān)的專利，但后來(lái)被陷入到法律訴訟和專利陷阱里面。這份2013年的專利描述了這項(xiàng)技術(shù)如何可以用于傳輸GPS數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)利用植入到設(shè)備內(nèi)的小型計(jì)算機(jī)芯片充當(dāng)迷你無(wú)線電廣播設(shè)備，并且運(yùn)行互連所需的軟件。設(shè)備通過所謂的piconet（微微網(wǎng)）短距網(wǎng)絡(luò)“配對(duì)”。這項(xiàng)技術(shù)幾乎被用于當(dāng)今所有的手持設(shè)備上，包括耳機(jī)、相機(jī)以及智能恒溫器等。

12、無(wú)人車

專利名稱：“自主駕駛車輛的視覺系統(tǒng)”

無(wú)人車的歷史幾乎要追溯到100年前。1925年，Houdina Radio Control通過用后面一輛車的無(wú)線電信號(hào)操縱一輛無(wú)人駕駛的1926 Chandler成功地在車水馬龍的曼哈頓地區(qū)行駛。70年后，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Navlab項(xiàng)目“橫穿美國(guó)（No Hands Across America）”在一輛半自動(dòng)汽車內(nèi)橫穿了美國(guó)3100英里，其中司機(jī)的動(dòng)作只有踩油門和剎車，而方向是自動(dòng)控制的。

無(wú)人車技術(shù)的相關(guān)專利現(xiàn)在已經(jīng)好幾百項(xiàng)了，但突破障礙的是一家叫做VisLab的意大利機(jī)器視覺公司。2013年7月，VisLab的汽車BRAiVE成功地在意大利帕爾馬市中心有雙向車道的街道、人行橫道、交通燈、環(huán)島等障礙的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。該公司獲得的無(wú)人車技術(shù)第一項(xiàng)專利是由攝像頭和傳感器系統(tǒng)獲取車輛周圍環(huán)境信息，然后輸入命令給計(jì)算機(jī)。

今天，許多大型技術(shù)公司和汽車公司都在開發(fā)無(wú)人車，比如Google、Amazon和Tesla等。一些人預(yù)測(cè)無(wú)人車將會(huì)取代城市的傳統(tǒng)公交系統(tǒng)以及常規(guī)汽車，改變都市交通，讓后者成為一個(gè)互聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)，從而有效的消除交通擁堵。

13、太陽(yáng)電池板

專利名稱：“利用太陽(yáng)輻射能的裝置”

在19世紀(jì)初，法國(guó)物理學(xué)家Edmund Bequerel發(fā)現(xiàn)，特定材料暴露在光線下時(shí)能夠產(chǎn)生微弱電流：這就是光電效應(yīng)。1839年，他通過將放在酸溶液中的氯化銀連接到鉑電極而創(chuàng)造出第一塊光電池。

大概50年后，美國(guó)的第一項(xiàng)太陽(yáng)能電池專利被授予Edward Weston。這項(xiàng)專利描述了一種 “熱電元件”，它有兩塊“異種金屬”體，它們的一端相連，其余部分絕緣，從而在曝光下“導(dǎo)致在一條電路內(nèi)產(chǎn)生電流”。Weston甚至還很有預(yù)見地勾勒出了一套儲(chǔ)能系統(tǒng)，“在有光照期間積蓄下來(lái)的能量可以在晚上或者多云天氣下利用”，一針見血地指出了當(dāng)今大規(guī)模太陽(yáng)能面臨的主要挑戰(zhàn)。

太陽(yáng)能面板的技術(shù)在幾十年內(nèi)不斷得到改進(jìn)，今天它們主要是用硅來(lái)制作的。1958年，Vanguard 1衛(wèi)星成為了第一個(gè)利用太陽(yáng)能面板的航天器，這促進(jìn)了這一技術(shù)的流行。目前，全球最大的太陽(yáng)能發(fā)電廠是印度的Kamuthi Solar Power Project，該項(xiàng)目占地約3.9平方英里，裝機(jī)容量將近650兆瓦。

14、（3G）第三代無(wú)線移動(dòng)通信

專利名稱：“移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入”

第一代無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)讓模擬無(wú)線手機(jī)成為可能。第二代則支持了數(shù)字手機(jī)。但是改變了我們每天都隨身攜帶的設(shè)備的卻是3G，或者通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（UMTS）。

就像2003年的這項(xiàng)專利概括那樣，3G將手機(jī)接入GPS和互聯(lián)網(wǎng)。它使得在手持設(shè)備上提供視頻通話和流媒體服務(wù)成為可能。10年后4G對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)繼續(xù)變革了你的手機(jī)，將其變成錢包、個(gè)人助理以及娛樂設(shè)備。

15、虛擬現(xiàn)實(shí)

專利名稱：“顯示抽象信息的虛擬現(xiàn)實(shí)生成器”

設(shè)想的第一臺(tái)VR頭戴設(shè)備其實(shí)不是用來(lái)玩視頻游戲或者看體育節(jié)目，而是用來(lái)幫助用戶分析財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)的。這項(xiàng)2000年授予發(fā)明者Paul Marshall的“虛擬現(xiàn)實(shí)生成器”專利描述了一個(gè)計(jì)算機(jī)生成的世界，在這個(gè)世界里用戶可以通過“使用軌跡球或者空間球，電子數(shù)據(jù)手套，磁頭定位跟蹤器、鍵盤、游戲桿或者方向盤這樣的控制設(shè)備”來(lái)導(dǎo)航。

Paul Marshall后來(lái)繼續(xù)對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，以便創(chuàng)建一個(gè)“三維的信息版圖”，但他的目的仍然是想幫助“理財(cái)經(jīng)理或者金融分析師”篩選數(shù)據(jù)。這項(xiàng)技術(shù)后來(lái)一直處在研究領(lǐng)域，直到2016年Oculus Rift推出了他們娛樂用途的頭戴設(shè)備，很快HTC也跟進(jìn)了。其他的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，比如三星VR和Google Cardboard等，則是利用智能手機(jī)來(lái)展示這個(gè)計(jì)算機(jī)世界。而微軟HoloLens等增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，未來(lái)可以通過將數(shù)據(jù)疊加到現(xiàn)實(shí)世界來(lái)幫助從建筑工人到科學(xué)家的每個(gè)人。

羅馬不是一天建成的。一項(xiàng)技術(shù)從研發(fā)到實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用，到改變世界，往往需要經(jīng)年累月，甚至幾代探索者不斷開拓、承前啟后的辛勤付出。