Kiekvienas išradimas prasideda problema – ir kūrybinis veiksmas, kai matome problemą ten, kur kiti gali tiesiog pamatyti nepakeičiamą tikrovę. Vienai 5 metų vaikui problema buvo paprasta: jai patiko, kad užmiegant būtų trinamas pilvukas. Tačiau jos mama, pavargusi nuo dviejų darbų, dažnai pati užmigdavo guldydama dukrą į lovą. „Taigi (mergaitė) išrado meškiuką, kuris jai patrintų pilvą“, – aiškina Stephanie Couch, Lemelson MIT programos vykdomoji direktorė. Jos misija – ugdyti naujos kartos išradėjus ir verslininkus.
Kiekvienas gali išmokti būti išradėju, sako Couchas, turėdamas tinkamus išteklius ir padrąsinimą. „Išradimas kyla ne iš įgimto genijaus, tai nėra kažkas, ką gali padaryti tik tikrai ypatingi žmonės“, – sako ji. Jos programa kuria išradimų tematikos mokymo programas JAV klasėms, nuo vaikų darželio iki bendruomenės koledžo.
Esame šališki, bet tikimės, kad ta mergaitė užaugs inžinieriumi. Jai sulaukus pilnametystės, išradimo aktas gali būti kažkas visiškai naujo – atspindintis naujų priemonių pritaikymą ir naujų socialinių struktūrų vadovaujančias jėgas. Inžinieriai, kurių neramus smalsumas ir ryžtas optimizuoti juos supantį pasaulį, nuolatos išradinėja išradimus.
Šiame specialiame numeryje pristatome istorijas apie žmones, kurie šiandien yra šio išradimo kupinoje situacijoje. IEEE spektras šiemet minime 60 metų išleidimo, o mes švenčiame pabrėždami tiek kūrybinį veiksmą, tiek nepaprastai sunkų inžinerinį darbą, kurio reikia norint paversti idėją kažkuo, keičiančiu pasaulį. Šiuose puslapiuose supažindiname su kai kurių baimę keliančių projektų užkulisiais, kad atskleistume, kaip mūsų laikais kuriamos ir perdaromos technologijos.
Išradėjai yra visur
Išradimas jau seniai buvo demokratinis procesas. Ekonomistė B. Zorina Khan iš Bowdoin koledžo pastebėjo, kad JAV patentų ir prekių ženklų biuras visada stengėsi leisti iš esmės kiekvienam išbandyti savo jėgas išradimo srityje. Nuo pat pradžių patentų tikrintojams nerūpėjo, kas yra pareiškėjai – kiekvienas, turintis naują ir naudingą idėją, galintis sumokėti paraiškos padavimo mokestį, buvo oficialiai išradėjas.
Šis požiūris tęsiasi ir šiandien. Asmuo vis dar gali pradėti technologijų startuolį iš garažo arba eiti į „Shark Tank“ ir pelnyti investuotojų. Pavyzdžiui, švedų išradėja Simone Giertz išgarsėjo „YouTube“ vaizdo įrašais, rodančiais savo juokingai keistus daiktus, pavyzdžiui, žadintuvą su ranka, kuri jai pabudo. MIT inovacijų mokslininkas Ericas von Hippelis atkreipė dėmesį į šiandieną gyvybiškai svarbią „vartotojų inovacijų“ ekosistemą, kurioje tokius išradėjus kaip Giertzas skatina jų pačių poreikiai ir norai, o ne masinės gamybos ambicijos.
Tačiau šis kelias į išradimą veda tik iki tol, o ribos, ką žmogus gali pasiekti, laikui bėgant tapo vis griežtesnės. Norėdami išspręsti kai kurias didžiausias žmonijos problemas, išradėjams reikia daug pinigų turinčio vyriausybės rėmėjo arba įmonės, kuri sukauptų reikiamą įrangą ir kolektyvines žmogaus protas.
Kai galvojame apie didinimo iššūkius, naudinga prisiminti Alexanderį Grahamą Bellą ir jo bendradarbį Thomasą Watsoną. „Jie išrado šį šaunų dalyką, leidžiantį kalbėtis tarp dviejų kambarių – taigi, tai puikus išradimas, bet iš esmės tai įtaisas“, – sako Erikas Hintzas, Smithsonian instituto išradimų istorikas. „Norint pereiti nuo to prie tarpžemyninės tolimojo telefono ryšio sistemos, jiems reikėjo daug daugiau naujovių, be pirminio išradimo. Siekdamas išplėsti savo išradimą, Hintzas teigia, kad Bellas ir jo kolegos sukūrė infrastruktūrą, kuri ilgainiui išsivystė į Bell Labs, kuri tapo standartine įmonių MTTP.
Šiame numeryje matome, kaip inžinieriai susiduria su šiuolaikinių problemų masto iššūkiais. Apsvarstykite puslaidininkių technologiją, remiamą JAV CHIPS ir mokslo akto, politikos iniciatyvos, kuria siekiama sustiprinti vietinių lustų gamybą. Be gamybos finansavimo, ji taip pat skiria 11 milijardų JAV dolerių moksliniams tyrimams ir plėtrai, įskaitant tris nacionalinius centrus, kuriuose įmonės gali išbandyti ir bandyti naujas technologijas. Kaip pasakoja vienas startuolis, ši infrastruktūra drastiškai pagreitins procesą nuo laboratorijos iki gamyklos.
Ir tada yra atominiai laikrodžiai, tikslaus laiko matavimo įkūnijimas. Kai tyrėjai nusprendė sukurti komercinę versiją, jie turėjo pakeisti savo požiūrį, paimdami plačią laboratorijos sąranką ir iš naujo įsivaizduodami ją kaip nešiojamąjį įrenginį, tinkamą masinei gamybai ir realaus pasaulio sunkumams. Jie turėjo nustoti optimizuoti tikslumą ir vietoj to pasirinkti tvirtiausią lazerį ir atomą, kuris atitiktų jį.
Šioms technologijų pastangoms naudinga infrastruktūra, protų galia ir pažangiausi nauji įrankiai. Vienas įrankis, kuris gali tapti visur paplitęs visose pramonės šakose, yra dirbtinis intelektas – tai įrankis, galintis dar labiau išplėsti prieigą prie išradimų arenos.
O kas, jei jūsų dispozicijoje būtų nenuilstamų asistentų komanda, pasiruošusi iškratyti pasaulio techninę literatūrą, ieškant medžiagos, galinčios sukelti idėją, arba 100 kartų pakartoti koncepciją prieš pusryčius? Tai yra šiandieninio generatyvaus AI pažadas. Šveicarijos įmonė „Iprova“ tiria, ar jos AI įrankiai gali automatizuoti „eureka“ akimirkas savo klientams, korporacijoms, kurios nori įveikti savo konkurentus, kad būtų sukurta kita didelė idėja. Serijinis verslininkas Steve’as Blankas taip pat pataria jauniems startuolių įkūrėjams pasinaudoti AI potencialu paspartinti produktų kūrimą; jis netgi įsivaizduoja produktų idėjų testavimą ant skaitmeninių klientų dvynių. Nors tai dar ankstyvos dienos, generatyvusis AI išradėjams siūlo įrankius, kurių anksčiau nebuvo.
Išradimo poveikio įvertinimas
Jei dirbtinis intelektas pagreitina atradimo procesą ir dėl to atsiras daug daugiau patentuojamų idėjų, kas tada? Kasmet išduodama daugiau nei milijonas patentų, o mes stengiamės nustatyti tuos, kurie turės ilgalaikį poveikį. Jeilio vadybos mokyklos ekonomistas Bryanas Kelly ir jo bendradarbiai bandė kiekybiškai įvertinti patentų poveikį, pasitelkdami technologijas giliai pasinerdami į 1840 m. JAV patentų įrašus. Naudodami natūralios kalbos apdorojimą, jie nustatė patentus, kurie pristatė naują frazę, kuri vėliau buvo pakartota vėlesniuose patentuose – tai radikalių proveržių rodiklis. Pavyzdžiui, Elias Howe Jr. 1846 m. siuvimo mašinos patentas nebuvo glaudžiai susijęs su niekuo, kas buvo anksčiau, bet greitai tapo būsimų siuvimo mašinų patentų pagrindu.
Kitas pagrindinis patentas buvo 1824 m. anglų mūrininkui suteiktas už portlandcemenčio, kuris vis dar yra pagrindinis daugelio pasaulio betono komponentų, išradimas. Kaip Ted C. Fishman aprašo savo žaviame betono būklės šiandieniniame tyrime, ši, atrodytų, stabili pramonė dėl didelio anglies dvideginio išmetimo patiria perversmą. Dirbtinio intelekto bumas skatina statybų bumą duomenų centruose, o visiems tiems pastatams reikia milijardų tonų betono. Fishmanas nukelia skaitytojus į laboratorijas ir startuolius, kur mokslininkai eksperimentuoja su klimatui nekenksmingomis cemento ir betono formulėmis. Kas žino, kurio iš tų eksperimentų rezultatas bus patentas, kuris kartojasi per amžius?
Kai kurie inžinieriai išradimo procesą pradeda galvodami apie tai, kokį poveikį jie nori padaryti pasauliui. Žymus Indijos technologas Raghunathas Anantas Mashelkaras, išpopuliarinęs „Gandhian inžinerijos“ idėją, pataria išradėjams atsitraukti nuo „to, ką norime pasiekti žmonijos labui“, ir kurti problemų sprendimo technologijas, kurios būtų prieinamos, patvarios. , ir ne tik elitui.
Patvarumas yra svarbus: išradimas nėra tik kažko naujo kūrimas. Tai taip pat yra protingų būdų, kaip išlaikyti esamą dalyką, sugalvojimas. Taip yra su Hablo kosminiu teleskopu. Iš pradžių sukurtas 15 metų, jis orbitoje išbuvo dvigubai ilgiau ir iš tikrųjų su amžiumi vis gerėjo, nes inžinieriai sukūrė palydovą taip, kad jį būtų galima pataisyti ir atnaujinti erdvėje.
Pasaulio intelektinės nuosavybės organizacija teigia, kad 2022 m. buvo pateikta 3,5 mln. patentų paraiškų, susijusių su išradimais visame pasaulyje, gali būti sunkiau sugalvoti ką nors naudingo nei buvo anksčiau. Ne todėl, kad „viskas, ką galima sugalvoti, buvo išrasta“, kaip apokrifinėje citatoje, priskiriamoje nelaimingam JAV patentų biuro vadovui 1889 m. Greičiau todėl, kad išradėjas turi turėti tiek daug išsilavinimo ir patirties, kad išradėjas galėtų suprasti visus matmenis. Jie bando pralaužti duris, o tuo labiau sugalvoti strategiją, kaip tai padaryti. Benas Jonesas, Northwestern’s Kellogg vadybos mokyklos ekonomistas, parodė, kad vidutinis didžiųjų technologijų novatorių amžius per XX amžių išaugo maždaug šešeriais metais. „Didžios naujovės vis mažiau priklauso nuo jaunų žmonių“, – padarė išvadą Jonesas.
Apsvarstykite galimybę suprojektuoti tokį sudėtingą dalyką kaip branduolių sintezės reaktorius, kaip Tomas Clynesas aprašo knygoje „Neparduotas žvaigždynas“. Sintezės tyrinėtojai praleido dešimtmečius bandydami nulaužti komerciškai perspektyvios sintezės kodą – tai labiau panašu į pašaukimą nei į karjerą. Jei jiems pasiseks, jie atras iš esmės neribotą švarią energiją be šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimo ar žlugimo pavojaus. Tokios svajonės siekia Prinstono (NJ) laboratorijos fizikai. Tačiau prieš pradėdami, jie pirmiausia turėjo intymiai suprasti viską negerai branduolių sintezės reaktoriaus statybos būdai. Kai komanda buvo pasiruošusi tęsti, jie sukūrė eksperimentinį reaktorių, pagreitinantį projektavimo, kūrimo ir bandymo ciklą. Naudodami naujus AI įrankius ir precedento neturinčią skaičiavimo galią, jie dabar ieško geriausių būdų sukurti magnetinius laukus, kurie apribos plazmą reaktoriuje. Prinstono laboratorijoje jau atsiskyrė du startuoliai, kurie abu ieško kelio į komercinę sintezę.
Stellaratoriaus istorija ir daugelis kitų šio numerio straipsnių parodo, kaip viena naujovė veda į kitą ir kaip vienas išradimas gali suteikti daugiau galimybių. Legendinis Deanas Kamenas, geriausiai žinomas dėl mechaninių prietaisų, tokių kaip Segway ir protezuota „Luke“ ranka, dabar bando stumti į priekį niūrų biologinės gamybos pasaulį. Interviu Kamenas paaiškina, kaip jo ne pelno organizacija dirba su infrastruktūra – bioreaktoriais, jutikliais ir valdikliais, kurie leis įmonėms ištirti pakaitinių organų auginimo galimybes. Galima sakyti, kad jis išrado paleidimo aikštelę, kad kiti galėtų išrasti raketas.
Kartais visi tyrinėjimų srityje žino, kur reikalingas proveržis, tačiau tai nepalengvina jo pasiekimo. Pavyzdys: namų ūkio roboto humanoidinio, galinčio atlikti namų ruošos darbus, be vargo pereiti nuo kiaušinio kepimo prie skalbinių sulankstymo, paieška. Robotikams reikia geresnės mokymosi programinės įrangos, kuri leistų jų robotams naršyti po realaus pasaulio netikrumą, taip pat reikia pigesnių ir lengvesnių pavarų. Didelė pažanga šiose dviejose srityse išlaisvins kūrybiškumo srautą ir pagaliau į mūsų namus gali atnešti liokajų robotus.
Ir galbūt būsimi robotai, padarę tuos proveržius, turės pagrindo padėkoti Marinai Umaschi Bers, Bostono koledžo technologei, kuri sukūrė ScratchJr programavimo kalbą ir KIBO robotikos rinkinį, skirtą pramoginiais būdais išmokyti vaikus kodavimo ir robotikos pagrindų. Inžineriją ji vertina kaip žaidimų aikštelę, kur vaikai gali tyrinėti ir kurti, būti kvailiems ar grandioziniams. Jei šiandieniniai darželinukai išmoks galvoti apie save kaip apie išradėjus, kas žino, ką jie sukurs rytoj?