改变现代世界的15项发明专利是什么_改变现代世界的15项发明专利

最近中兴被美国制裁的事件，戳中了国人心中的“痛”，也给我们长期受制于人的芯片核心技术和产业敲响了警钟。

我们几乎是被动地发现自己离技术创新，尤其是技术驱动的创新还有多远。在沉迷于我们的“四大新发明”的同时，需要跳出来重新审视未来的发展点，需要重建真正的创新文化和创新土壤。

换句话说，我们需要真正引领世界，改变世界的创新成果，而专利是其中至关重要的一部分，或者说是最直观的表现。

就像无人机、iPhone、蓝牙、全球定位系统(GPS)在改变世界之前，这些技术只是图纸上的线条和数字，却是未来开始的地方。

不同于过去发明家的单独研究，今天的发明来自于众多发明家对各种技术的聚合，比如iPhone、自动驾驶汽车。

其他的发明，比如四轴飞行器无人机，3D打印机，都是几十年前设计的，但是直到核心技术成熟才真正普及到全世界。

美国《大众机械》杂志副主编杰伊班尼特(Jay Bennett)近日撰文，提出了15项改变现代世界的发明专利。

这些专利及其背后的故事再次告诉我们，罗马不是一天建成的。一项技术从R&D到大规模商用、改变世界，往往需要数年甚至几代探索者不断探索，呕心沥血，承前启后。

1.磁力悬浮

专利名称：'地面车辆电磁感应悬挂和稳定系统'

磁悬浮列车的故事从埃里克莱斯韦特和他的全尺寸直线感应电机开始。Laithwaite发明了一种不需要与铁路轨道接触的直线电机，可以用来开发基于磁场的运输系统，磁铁可以用来实现升力和向前的推力。

莱斯韦特的工作已被进一步广泛研究。1967年，布鲁克海文国家实验室的詹姆斯鲍威尔和戈登丹比获得了磁悬浮列车的第一项专利。他们的设计旨在利用超导电磁铁产生“悬浮力使火车悬浮在地面上”，利用“螺旋桨、喷气发动机或火箭”实现推力。

当Laithwaite对直线感应电机的研究与Powell和Danby设计的悬浮列车相结合，第一辆商用磁悬浮列车诞生了。

1995年，磁悬浮列车在英国开通，使英国成为首批将磁悬浮铁路投入商业运营的国家之一。

德国人建造并测试了许多磁悬浮列车的原型。2003年，采用德国技术的上海磁悬浮列车是世界上第一条商业高架磁悬浮线路，设计最高运行速度为每小时430公里。

2015年，日本L0系列磁悬浮列车在试运行期间创下了603km/h的速度纪录。

未来，hyperloop系统可以使用类似的技术在真空密封管中悬浮和加速乘客舱，速度可能高达750英里/小时(约1207公里/小时)。

2.iPhone

专利名称，'电子设备'

最初的iPhone专利只标注了“电子设备”，只说明是“电子设备的装饰设计”。

虽然iPhone不是第一部连接互联网的智能手机，但基本设计已经成功改变了许多人每天使用的手机的外观和功能。不仅仅是手持电脑，iPhone以及后续“电子设备”的改进也影响了人类的交流、导航甚至思考方式。

3.外骨骼设备

专利名称：'运动辅助装置和方法'

外骨骼技术历史悠久，可以追溯到1890年尼古拉斯亚金发明的“行走装置”。无动力外骨骼使用压缩气体储存能量，帮助锻炼。

20世纪60年代，美军启动了通用电气公司开发的动力外骨骼项目：哈迪曼。这种大型机械服旨在增强士兵的力量。士兵可以举起1500磅的重物，但在全力战斗时，外骨骼会因暴力动作而失控，而且还没有在人类身上进行过测试。

随着技术的不断进步，公司纷纷投资外骨骼设备，旨在帮助不同程度瘫痪的人或辅助工作场所的工人。人工智能外骨骼公司ReWalk在2014年申请了动力外骨骼专利，并在康复中心推出了外骨骼设备，让轻度瘫痪的人可以学习坐、站、走，甚至爬楼梯。

此外，麻省理工学院和欧洲航天局正在开发其他用途的设计，未来的建筑工人、士兵甚至宇航员都可以使用外骨骼设备。

4.无人机（Unmanned Aerial Vehicle）

专利名称：“全方位、垂直升降、无人驾驶飞机”

四旋翼无人飞行器于1962年首次获得专利。

Piasecki飞机公司的工程师爱德华g范德利普(Edward G. Vanderlip)首先设计了一种方法，让直升机仪器在电源故障时继续工作。

范德利普想到将飞行员的飞行系统集成到一架小型遥控旋翼飞机中。他的专利“全方位、垂直升降、无人驾驶飞行器”概述了一种设计为“非常简单”飞行的无人驾驶飞行器。

在他的设计中，有“两端成对布置的四个升降装置”，使倾斜的垂直轴始终垂直于地面。这使得飞机可以倾斜其升降装置，并在保持水平控制的同时向任何方向飞行。

一旦飞行控制系统和其他电子系统(如相机和GPS导航)与范德利普的想法融合，就出现了今天的四轴飞行器无人机。

5.3D打印机

专利名称：“通过立体光刻制作三维物体的设备”

3D打印机的专利最早出现在1986年。这篇文档描述了大多数3D打印机使用的基本技术：立体平版印刷术或树脂光固化。

移动平台从计算机输入并将基座定位在喷嘴下方。从喷嘴喷出的液体树脂一层一层地形成物体，并被紫外光固化。

随着计算技术的发展，3D打印的真正价值变得显而易见。随着金属打印的发展，如激光金属烧结技术，现代制造商将3D打印机技术用于更多的制造活动，如桥梁和火箭发动机。

6.仿生眼

专利名称：“视网膜假体和制造视网膜假体的方法”

1968年，医生G. S. Brindley和W. S. Lewin首次试图恢复视力，并通过手术将一种装置植入一名52岁的患者体内。事实上，电子设备不是植入病人的眼睛，而是植入他大脑的视叶。通过刺激大脑中的神经元，患者可以在视野中看到光点。

如今，正如2013年的一项专利所描述的那样，视觉修复设备可以用更小的电子设备直接植入视网膜。

通常安装在太阳镜上的相机已被用于收集周围区域的数据，向视网膜植入物发送信号，然后刺激眼中的感光细胞。

完全失明的患者已经能够使用这项技术恢复部分视力，包括看到形状和光线的能力。随着电极的缩小，允许更多特定的光敏细胞受到刺激，这项技术只会越来越好。

7.全球定位系统

专利名称：“使用卫星和被动测距技术的导航系统”

GPS卫星是由美国海军发明的，现在由空军运营。罗杰l伊斯顿是全球定位系统的幕后策划者。20世纪50年代，他为海军研究实验室(NRL)开发了跟踪美国轨道卫星和苏联卫星的技术。

1959年，伊斯顿开发了海军太空监视系统，这是第一个用于跟踪美国各地运行的每个物体的雷达网络。

在接下来的几十年里，伊斯顿将他的技术转向从太空跟踪地面上的物体。1974年授予他的专利描述了使用卫星导航的方法。

“估计一号”和“估计二号”等任务中发射的高精度时钟改进了这一技术，修正了狭义相对论带来的误差。1977年，第一个GPS数据由2号导航技术卫星发送。

这项技术已经在军队中使用了很多年。第一次海湾战争期间，美国在科威特和伊拉克的沙漠中使用GPS卫星导航，被称为“第一次太空战”。1995年，全球定位系统由24颗卫星全面运行。

8.CRISPR基因编辑

专利名称：“CRISPR-Cas系统及改变基因产物表达的方法”

CRISPR-Cas9是加州大学伯克利分校开发的基因编辑工具，用于修改单细胞生物。这项技术随后在布尔德研究所得到了改进，该研究所与哈佛大学和麻省理工学院合作，专注于多细胞生物的研究，正如2014年专利中所概述的那样。

如今，CRISPR被用于修改农作物和牲畜的基因，以及治疗白血病等人类疾病。

CRISPR-Cas9工具的应用分为三个部分：位于生物体DNA正确部分的一条RNA链，切割DNA片段的Cas9酶，替换删除部分的可选DNA链。

CRISPR可以注射到胚胎中，也可以导入细胞中，比如免疫系统细胞，然后注射到患者体内。基因工程的可能性才刚刚开始形成，更多的新药和新疗法即将出现。

9.大脑植入

专利名称，'三维电极装置'

19世纪晚期，医生发现对大脑的电刺激可能会导致人类和动物的身体活动。在20世纪，一些涉及大脑刺激的实验成功地改变了患者的情绪和行为。

1993年，犹他大学的一项专利概述了所谓的“犹他阵列”，在后来的专利中被描述为“一种可植入的集成设备，用大量的金属针接触大脑，以检测电信号或向大脑发送信号。”

后来，大脑植入物已经发展到病人可以移动机器人假体或在计算机上输入文本的地步。在未来，覆盖大量神经元的技术，如“神经网络”，可以用来让人们用大脑与计算机进行交互。

10 .石墨烯

专利名称，'纳米石墨烯片'

我们可能正在进入石墨烯时代。单层碳分子排列成蜂窝状结构的复合材料，重量很轻，强度是同等钢层的200倍，具有高耐热性和高导电性。

这些特性使得石墨烯和类似的碳复合材料非常适合用于计算机芯片、客机机翼和其他用途。

目前，国内恒力盛泰公司拥有美国专利号授权。7071258B1-《Nano-scaled Graphene Plates（纳米級石墨烯薄片）》。

石墨烯是由石墨块制成的，然而，分离出只有一个原子厚度的单层碳分子是非常具有挑战性的。

直到2004年，曼彻斯特大学的安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫才使用一种叫做透明胶带法的方法提取出单原子厚度的石墨烯晶体。这项工作为他们赢得了2010年诺贝尔物理学奖。

随后，新的创新方法提取材料的技术不断出现，比如2006年使用“剥离”技术制造石墨烯的专利。

11.蓝牙

专利名称：“移动通信设备点对点信息交换”

Jaap Haartsen在1994年发明了蓝牙，它允许近距离的电子设备使用低功率超高频无线电波相互连接。Haartsen还起草了多项与蓝牙相关的专利，但都因专利诉讼和专利诱饵而受阻。这项2013年的专利描述了这项技术如何用于传输GPS数据。

该系统使用植入微型无线电设备的小型计算机芯片来运行互联所需的软件。这些设备通过称为微微网的短程网络“配对”。这项技术几乎应用于今天所有的手持设备，包括耳机、相机和智能恒温器。

12.无人驾驶汽车

专利名称，'自动车辆视觉系统'

自动驾驶汽车的历史可以追溯到近一百年前。1925年，霍迪纳用无线电控制一辆无人驾驶的1926年钱德勒汽车，行驶在曼哈顿拥挤的道路上。

70年后，在卡内基梅隆大学的Navlab项目“不用手横跨美国”无人驾驶汽车测试中，一辆半自动驾驶汽车行驶了3100英里。除了司机加速和刹车，其他动作完全由汽车完成。

自动驾驶汽车技术拥有数百项专利，但突破障碍的公司是一家名为VisLab的意大利机器视觉公司。

2013年7月，VisLab的自动驾驶汽车BRAiVE在意大利帕尔马市中心自动驾驶穿过双向街道、人行横道、红绿灯、环岛和其他障碍物。该公司关于自动驾驶汽车技术的第一项专利用于摄像头和传感器系统，以获取车辆周围环境的信息，并向计算机输入命令。

如今，许多大型科技公司和汽车公司都在开发自动驾驶汽车，如谷歌、亚马逊和特斯拉。未来，自动驾驶汽车将取代城市中的传统公共交通和传统汽车，将城市交通转化为互联网交通网络，从而有效消除交通拥堵。

13.太阳能电池板

专利名称：'太阳辐射能量利用装置'

19世纪初，法国物理学家埃德蒙贝克雷尔(Edmund Bequerel)发现，某些材料在光照下会产生微小电流，即光伏效应。1839年，他将氯化银放入酸性溶液中，并将其与铂电极相连，制成了第一个光伏电池。

大约五十年后，第一个美国太阳能电池专利被授予爱德华韦斯顿。这项专利描述了一种“热电元件”，它在一端连接两个“不同的金属”体，并在其他地方绝缘，以便在暴露于阳光时“在电路中产生电流”。

韦斯顿甚至前瞻性地描述了一种储能系统，使“阳光中积累的能量可以在夜间或阴天使用”，这是当今大规模太阳能发电面临的主要挑战。

几十年来，太阳能电池板的技术不断改进，如今主要由硅制成。

1968年，先锋1号成为第一个使用太阳能电池板的航天器。目前世界上最大的太阳能电站——印度—— Kamuthi太阳能发电项目，占地约3.9平方英里，发电量近650兆瓦。

14.第三代无线移动通信(3G)

专利名称，'移动互联网接入'

第一代无线移动电信技术使得模拟蜂窝电话成为可能，而第二代技术支持数字移动电话。但是直到3G或者通用移动电信系统(UMTS)才改变了我们每天随身携带的设备。

在2003年的专利中提到，手机通过3G连接到GPS和互联网。它使手持设备上的文章通话和流媒体传输成为可能。十年后，随着4G基础设施的发展，网络的完善让手机变成了钱包、个人助理和娱乐设备。

技术发展如此之快，在短短几年内，我们即将进入一个全新的5G时代。

15.虚拟现实

专利名称：“显示抽象信息的虚拟现实发生器”

最初的VR头戴设备不是用来玩文章游戏或观看体育比赛的，而是用来帮助用户分析财务数据的。

2000年，发明家保罗马歇尔的“虚拟现实发生器”专利描述了一个计算机生成的世界，用户可以“使用控制设备，如轨迹球或太空球、电子数据手套、头部位置跟踪器、键盘、操纵杆或方向盘”

保罗马歇尔继续致力于这些技术，以创建一个“三维信息场景”，仍然旨在帮助“财务经理或财务分析师”过滤数据。

这项技术在很长一段时间内都处于研究阶段，直到2016年Oculus Rift发布娱乐耳机，HTC随后也发布了HTC Vive设备。

其他虚拟现实系统，如三星VR和谷歌Cardboard，使用智能手机来显示虚拟世界。

微软HoloLens等增强现实技术可以在未来通过真实世界数据的叠加，帮助从建筑工人到科学家的每一个人。