発明は常に再発明される

すべての発明は以下から始まります 問題、そして他の人がただ変わらない現実を見るかもしれない問題を見るという創造的な行為。ある 5 歳児にとって、問題は単純でした。彼女は眠りにつくときにおなかをさすってもらうのが好きでした。しかし、彼女の母親は、二つの仕事に疲れ果てており、娘を寝かしつけている間に自分も眠ってしまうことがよくありました。 “それで [the girl] 彼女のためにお腹をさすってくれるテディベアを発明したのです」とレメルソン MIT プログラムのエグゼクティブディレクター、ステファニー・カウチは説明します。その使命は、次世代の発明家や起業家を育成することです。

適切なリソースと励ましがあれば、誰でも発明家になることを学ぶことができる、とカウチ氏は言います。 「発明は天性の天才から生まれるものではありません。本当に特別な人だけができるものでもありません」と彼女は言います。彼女のプログラムは、幼稚園からコミュニティカレッジに至るまで、米国の教室向けに発明をテーマにしたカリキュラムを作成しています。

私たちは偏見を持っていますが、その女の子がエンジニアに成長することを願っています。彼女が成人する頃には、発明という行為は、新しいツールの採用や新しい社会構造の指導力を反映して、まったく新しいものになるかもしれません。エンジニアは、周囲の世界を最適化するという絶え間ない好奇心と決意をもって、継続的に発明を再発明する過程にあります。

この特集号では、今日その再発明の渦中にいる人々の話をお届けします。 IEEEスペクトル 『』は今年出版 60 周年を迎えます。私たちはこれを祝うために、創造的な行為と、アイデアを世界を変えるようなものに変えるために必要な、大変なエンジニアリング作業の両方に焦点を当てます。これらのページでは、いくつかの畏敬の念を抱かせるプロジェクトの舞台裏を紹介し、現代においてテクノロジーがどのように作られ、また作り直されているかを明らかにします。

発明者はどこにでもいる

発明は長い間民主的なプロセスでした。ボウディン大学の経済学者B・ゾリナ・カーン氏は、米国特許商標庁は本質的に誰でも発明に挑戦できるよう常に努力してきたと指摘した。当初から、特許審査官は出願人が誰であるかを気にしていませんでした。斬新で有用なアイデアを持ち、出願料を支払うことができる人は誰でも正式に発明者とされました。

この精神は今日も続いています。個人がガレージからハイテクスタートアップを立ち上げたり、投資家を獲得するために「シャークタンク」に参加したりすることはまだ可能です。たとえば、スウェーデンの発明家シモーネ・ギルツは、アーム付きの目覚まし時計のような、陽気で奇妙な仕掛けを紹介する YouTube 動画で名を馳せました。 MITのイノベーション学者エリック・フォン・ヒッペルは、ギアーツのような発明家が大量生産の野心ではなく、自らのニーズや願望によって動機付けられている「ユーザー・イノベーション」という今日の重要なエコシステムにスポットライトを当てている。

しかし、発明への道は限界があり、個人が達成できる限界は時間の経過とともに厳しくなっています。今日人類が直面している最大の問題のいくつかに取り組むために、発明家は、必要な設備と人類の総力を結集してくれる、潤沢な資金を持つ政府のスポンサーや大企業を必要とします。

スケールアップの課題について考えるとき、アレクサンダー グラハム ベルと彼の共同研究者トーマス ワトソンを思い出すと役立ちます。 「彼らは、2 つの部屋の間で会話できる素晴らしいものを発明しました。つまり、これは素晴らしい発明ですが、基本的にはガジェットです」とスミソニアン博物館の発明史家エリック・ヒンツは言う。 「そこから大陸横断長距離電話システムに移行するには、元の発明に加えてさらに多くの革新が必要でした。」発明を拡大するために、ベルと彼の同僚は最終的にベル研究所に発展し、企業の研究開発の旗手となったインフラストラクチャを構築した、とヒンツ氏は言います。

この号では、現代の問題における規模の課題に取り組むエンジニアを紹介します。国内チップ生産の強化を目的とした政策イニシアチブである米国のチップおよび科学法によってサポートされている半導体技術を考えてみましょう。製造への資金提供だけでなく、企業が新技術を試験・試行できる3つのナショナルセンターを含む研究開発にも110億米ドルを提供している。あるスタートアップ企業が語ったように、このインフラストラクチャは研究室から工場へのプロセスを大幅にスピードアップします。

そして、正確な計時の代表である原子時計があります。研究者が商用バージョンを構築することを決定したとき、彼らは視点を変え、広大な実験室のセットアップを取り上げ、それを大量生産と現実世界の厳しさに適したポータブルユニットとして再考する必要がありました。彼らは精度の最適化をやめ、代わりに最も堅牢なレーザーと、それに使用される原子を選択する必要がありました。

これらのテクノロジーへの取り組みは、インフラストラクチャ、頭脳、最先端の新しいツールの恩恵を受けています。業界全体で普及する可能性のあるツールの 1 つは人工知能です。これは発明の領域へのアクセスをさらに拡大する可能性のあるツールです。

アイデアを生み出す材料を世界中の技術文献から探したり、朝食前にコンセプトを 100 回繰り返したりする、不屈のアシスタントのチームが自由に使えるとしたらどうなるでしょうか?それが今日の生成 AI の約束です。スイスの企業 Iprova は、自社の AI ツールが、次の大きなアイデアに向けて競合他社に打ち勝とうとしているクライアント、つまり企業のために「発見」の瞬間を自動化できるかどうかを模索しています。連続起業家のスティーブ・ブランクも同様に、若いスタートアップの創業者に、製品開発を加速する AI の可能性を受け入れるようアドバイスしています。彼は、顧客のデジタルツインで製品アイデアをテストすることさえ想像しています。まだ初期段階ではありますが、生成 AI は発明者にこれまで利用できなかったツールを提供します。

発明の影響を測定する

AI によって発見プロセスが加速され、その結果、より多くの特許取得可能なアイデアが明らかになったら、どうなるでしょうか?現状では、毎年 100 万件を超える特許が取得されており、永続的な影響を与える特許を特定するのに私たちは苦労しています。イェール大学経営大学院の経済学者ブライアン・ケリーとその共同研究者は、テクノロジーを利用して 1840 年に遡る米国の特許記録を深く調査し、特許の影響を定量化しようと試みました。自然言語処理を使用して、彼らは次のような特許を特定しました。は新しい表現を導入し、その後の特許で繰り返されました。これは根本的な進歩の指標です。たとえば、エリアス・ハウ・ジュニアによる 1846 年のミシン特許は、それ以前の特許とは密接な関係がありませんでしたが、すぐに将来のミシン特許の基礎となりました。

もう 1 つの基礎的な特許は、現在でも世界のほとんどのコンクリートの主要成分であるポルトランド セメントの発明に対して 1824 年にイギリスのレンガ職人に与えられたものです。テッド・C・フィッシュマンが、今日のコンクリートの状態についての興味深い調査の中で述べているように、この一見安定した産業は、二酸化炭素の排出量が多いため、激動の中にあります。 AI ブームによりデータセンターの建設ブームが加速しており、これらすべての建物には数十億トンのコンクリートが必要です。フィッシュマンは、研究者が気候に優しいセメントとコンクリートの配合を実験している研究室やスタートアップに読者を連れて行きます。これらの実験のどれが、時代を超えて響く特許につながるか誰にもわかりません。

エンジニアの中には、世界に与えたい影響について考えることから発明のプロセスを始める人もいます。 「ガンジー工学」の考えを広めたインドの著名な技術者ラグナート・アナント・マシェルカールは、発明家たちに「人類の向上のために達成したいこと」から逆算して、手頃な価格で耐久性のある問題解決技術を生み出すようアドバイスしている。 、エリートだけではありません。

耐久性が重要: 発明とは、単に新しいものを作成することではありません。また、既存のものを継続していくための賢い方法を考え出すことも重要です。ハッブル宇宙望遠鏡も同様です。当初は 15 年間使用できるように設計されていましたが、エンジニアが宇宙で修理およびアップグレードできるように衛星を設計したため、その 2 倍の期間軌道上に存在し、年月が経つにつれて実際に良くなりました。

世界知的所有権機関によると、2022 年には 350 万件の特許出願が行われたと世界中で行われている発明活動の影響で、有用なものを発明するのは以前よりも難しくなっているかもしれません。それは、1889 年に不幸な米国特許庁長官が残した偽りの引用のように、「発明できるものはすべて発明されている」からではありません。むしろ、発明者がすべての側面を理解できるようになるまでに、非常に多くの教育と経験が必要だからです。彼らはドアをこじ開けようとしており、ましてやそのための戦略を考え出すことはできません。ノースウェスタン大学ケロッグ経営大学院の経済学者ベン・ジョーンズは、偉大な技術革新者の平均年齢が20世紀を通じて約6歳上昇したことを示した。 「偉大なイノベーションは、ますます若者の起源ではなくなりつつある」とジョーンズ氏は結論づけた。

トム・クラインズ氏が「既製のステラレーター」で説明しているように、核融合炉のような複雑なものを設計することを考えてみましょう。核融合研究者は、商業的に実行可能な核融合の暗号を解読するために数十年を費やしてきました。それはキャリアというより天職に近いものです。これらが成功すれば、温室効果ガスの排出やメルトダウンの危険性のない、本質的に無限のクリーン エネルギーが解放されることになります。それがニュージャージー州プリンストンの研究室の物理学者たちが追い求めている夢だ。しかし、始める前に、まずすべてのことを深く理解する必要がありました。 間違っている 核融合炉を作る方法。チームが作業を進める準備が整うと、設計、製造、テストのサイクルを加速する実験用原子炉が作成されました。新しい AI ツールと前例のない計算能力を活用して、彼らは現在、原子炉内にプラズマを閉じ込める磁場を生成する最良の方法を模索しています。すでに 2 つのスタートアップ企業がプリンストンの研究所からスピンアウトしており、どちらも商業的融合への道を模索しています。

この号のステラレーターのストーリーと他の多くの記事では、1 つのイノベーションがどのように次のイノベーションにつながり、1 つの発明がどのようにしてさらに多くのイノベーションを実現できるかを紹介しています。セグウェイや義手「ルーク」などの機械装置で最もよく知られる伝説のディーン・カーメンは、現在、生物学的製造の不安定な世界を推し進めようとしている。インタビューの中で、カメン氏は、企業が代替臓器の増殖の可能性を探ることを可能にするバイオリアクター、センサー、制御などのインフラストラクチャに彼の非営利団体がどのように取り組んでいるかを説明しています。彼は他の人がロケットを発明できるように発射台を発明していると言えるでしょう。

研究分野の誰もがどこにブレークスルーが必要かを知っている場合がありますが、だからといって達成が容易になるわけではありません。その好例は、卵焼きから洗濯物をたたむまで、簡単に切り替えて家事を行うことができる家庭用人型ロボットの探求です。ロボット工学者は、ロボットが現実世界の不確実性をナビゲートできるようにする、より優れた学習ソフトウェアを必要としています。また、より安価で軽量なアクチュエータも必要としています。これら 2 つの分野で大きな進歩があれば、創造性の奔流が解き放たれ、ついにはロボット執事が私たちの家にやってくるかもしれません。

そしておそらく、これらの画期的な進歩を遂げる将来のロボット工学者は、子供たちにコーディングとロボット工学の基礎を楽しい方法で教えるプログラミング言語 ScratchJr とロボット工学キット KIBO を共同開発したボストン大学の技術者、マリーナ・ウマスキ・バース氏に感謝することになるでしょう。彼女はエンジニアリングを遊び場、子供たちが探索したり創造したり、おバカなことや壮大なことをするための場所だと考えています。今の幼稚園児が自分を発明家だと考えるようになったら、明日何を作るか誰にも分からないでしょう。