يتم دائمًا إعادة اختراع الاختراع

كل اختراع يبدأ ب مشكلة – والعمل الإبداعي المتمثل في رؤية مشكلة حيث قد يرى الآخرون واقعًا غير قابل للتغيير. بالنسبة لطفلة تبلغ من العمر 5 سنوات، كانت المشكلة بسيطة: كانت تحب أن يتم فرك بطنها أثناء نومها. لكن والدتها، المنهكة من العمل في وظيفتين، غالبًا ما كانت تنام أثناء وضع ابنتها في السرير. “لذا [the girl] “اخترعت دمية دب من شأنها أن تفرك بطنها من أجلها”، تشرح ستيفاني كوتش، المديرة التنفيذية لبرنامج ليميلسون لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وتتمثل مهمتها في رعاية الجيل القادم من المخترعين ورجال الأعمال.

يقول كوتش إنه يمكن لأي شخص أن يتعلم كيف يكون مخترعًا، إذا توفر له الموارد المناسبة والتشجيع. وتقول: “إن الاختراع لا يأتي من عبقرية فطرية، وهو ليس شيئًا لا يستطيع القيام به إلا الأشخاص المميزون حقًا”. يقوم برنامجها بإنشاء مناهج دراسية تحت عنوان الاختراع للفصول الدراسية في الولايات المتحدة، بدءًا من رياض الأطفال وحتى كلية المجتمع.

نحن متحيزون، لكننا نأمل أن تكبر الفتاة الصغيرة لتصبح مهندسة. وبحلول الوقت الذي تبلغ فيه الفتاة سن الرشد، قد يكون فعل الاختراع شيئًا جديدًا تمامًا، مما يعكس تبني أدوات جديدة والقوى التوجيهية للهياكل الاجتماعية الجديدة. إن المهندسين، بفضولهم الذي لا يهدأ وتصميمهم على تحسين العالم من حولهم، يقومون باستمرار بعملية إعادة اختراع الاختراع.

في هذا العدد الخاص، نقدم لك قصصًا لأشخاص يعيشون في خضم عملية إعادة الابتكار هذه اليوم. IEEE الطيف يحتفل بمرور 60 عامًا على صدوره هذا العام، ونحن نحتفل من خلال تسليط الضوء على كل من العمل الإبداعي والعمل الهندسي الشاق المطلوب لتحويل فكرة إلى شيء يغير العالم. في هذه الصفحات، نأخذك إلى ما وراء الكواليس لبعض المشاريع المذهلة لنكشف عن كيفية صنع التكنولوجيا – وإعادة صنعها – في عصرنا.

المخترعون في كل مكان

لقد كان الاختراع منذ فترة طويلة عملية ديمقراطية. لاحظت الخبيرة الاقتصادية ب. زورينا خان من كلية بودوين أن مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي يسعى دائمًا إلى السماح لأي شخص بتجربة الاختراع. منذ البداية، لم يهتم فاحصو براءات الاختراع بمن هم مقدمي الطلبات، وأي شخص لديه فكرة جديدة ومفيدة يمكنه دفع رسوم التسجيل كان مخترعًا رسميًا.

وتستمر هذه الروح حتى اليوم. لا يزال من الممكن للفرد إطلاق شركة ناشئة في مجال التكنولوجيا من المرآب أو الذهاب إلى “Shark Tank” لتسجيل المستثمرين. على سبيل المثال، صنعت المخترعة السويدية سيمون جيرتز اسمًا لنفسها من خلال مقاطع فيديو على موقع يوتيوب تعرض أدواتها الغريبة بشكل مضحك، مثل المنبه ذو الذراع الذي صفعها حتى استيقظت. وقد سلط الباحث في مجال الإبداع في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، إريك فون هيبل، الضوء على النظام البيئي الحيوي اليوم المتمثل في “ابتكار المستخدم”، حيث يتم تحفيز المخترعين مثل جيرتز وفقاً لاحتياجاتهم ورغباتهم الخاصة بدلاً من طموحات التصنيع الضخم.

لكن هذا الطريق إلى الاختراع لا يوصلك إلا إلى ما هو أبعد، وأصبحت حدود ما يمكن للفرد تحقيقه أكثر وضوحا مع مرور الوقت. ولمعالجة بعض من أكبر المشاكل التي تواجه البشرية اليوم، يحتاج المخترعون إلى راعي حكومي غني أو سخاء الشركات لحشد المعدات والقوة العقلية البشرية الجماعية المطلوبة.

عندما نفكر في تحديات توسيع النطاق، من المفيد أن نتذكر ألكسندر جراهام بيل ومعاونه توماس واتسون. يقول إريك هنتز، مؤرخ الاختراعات في معهد سميثسونيان: “لقد اخترعوا هذا الشيء الرائع الذي يسمح لهم بالتحدث بين غرفتين، لذا فهو اختراع أنيق، ولكنه في الأساس أداة”. “للانتقال من ذلك إلى نظام هاتف لمسافات طويلة عابر للقارات، كانوا بحاجة إلى المزيد من الابتكار بالإضافة إلى الاختراع الأصلي.” ولتوسيع نطاق اختراعهم، يقول هنتز، قام بيل وزملاؤه ببناء البنية التحتية التي تطورت في النهاية إلى مختبرات بيل، التي أصبحت حاملة لواء البحث والتطوير في الشركات.

في هذا العدد، نرى مهندسين يتصارعون مع تحديات الحجم الكبير في المشكلات الحديثة. ولنتأمل هنا تكنولوجيا أشباه الموصلات التي يدعمها قانون الرقائق والعلوم في الولايات المتحدة، وهي مبادرة سياسية تهدف إلى تعزيز إنتاج الرقائق محليا. وبالإضافة إلى تمويل التصنيع، فإنه يوفر أيضًا 11 مليار دولار أمريكي للبحث والتطوير، بما في ذلك ثلاثة مراكز وطنية حيث يمكن للشركات اختبار وتجريب التقنيات الجديدة. وكما تحكي إحدى الشركات الناشئة، فإن هذه البنية التحتية ستعمل بشكل كبير على تسريع عملية الانتقال من المختبر إلى المصنع.

ثم هناك الساعات الذرية، مثال الدقة في ضبط الوقت. عندما قرر الباحثون بناء نسخة تجارية، كان عليهم تغيير وجهة نظرهم، حيث اتخذوا إعدادًا مختبريًا مترامي الأطراف وأعادوا تصوره كوحدة محمولة مناسبة للإنتاج الضخم ومتطلبات العالم الحقيقي. كان عليهم التوقف عن تحسين الدقة واختيار الليزر الأقوى بدلاً من ذلك والذرة التي ستتوافق معه.

وتستفيد هذه الجهود التكنولوجية من البنية التحتية، والقدرات العقلية، والأدوات الجديدة المتطورة. إحدى الأدوات التي قد تصبح منتشرة في كل مكان عبر الصناعات هي الذكاء الاصطناعي، وهي أداة يمكنها توسيع الوصول إلى ساحة الاختراعات.

ماذا لو كان لديك فريق من المساعدين الذين لا يكلون تحت تصرفك، وعلى استعداد للبحث في الأدبيات التقنية في العالم عن المواد التي يمكن أن تثير فكرة ما، أو للتكرار على مفهوم 100 مرة قبل الإفطار؟ هذا هو وعد الذكاء الاصطناعي التوليدي اليوم. تستكشف شركة Iprova السويسرية ما إذا كانت أدوات الذكاء الاصطناعي الخاصة بها قادرة على أتمتة لحظات “وجدتها” لعملائها، وهي الشركات التي تتطلع إلى التغلب على منافسيها للوصول إلى الفكرة الكبيرة التالية. وبالمثل، ينصح رجل الأعمال المتسلسل ستيف بلانك مؤسسي الشركات الناشئة الشباب بتبني إمكانات الذكاء الاصطناعي لتسريع تطوير المنتجات؛ حتى أنه يتخيل اختبار أفكار المنتجات على التوائم الرقمية للعملاء. على الرغم من أن الوقت لا يزال مبكرًا، إلا أن الذكاء الاصطناعي التوليدي يقدم للمخترعين أدوات لم تكن متاحة من قبل.

قياس تأثير الاختراع

إذا أدى الذكاء الاصطناعي إلى تسريع عملية الاكتشاف، ونتيجة لذلك ظهرت العديد من الأفكار القابلة للحصول على براءة اختراع، فماذا إذن؟ وفي الوقت الحالي، يتم منح أكثر من مليون براءة اختراع كل عام، ونحن نكافح من أجل تحديد تلك التي من شأنها أن تحدث تأثيرًا دائمًا. حاول بريان كيلي، الخبير الاقتصادي في كلية ييل للإدارة، ومعاونوه قياس تأثير براءات الاختراع من خلال إجراء بحث عميق بمساعدة التكنولوجيا في سجلات براءات الاختراع الأمريكية التي يعود تاريخها إلى عام 1840. وباستخدام معالجة اللغة الطبيعية، تمكنوا من تحديد براءات الاختراع التي قدم صيغًا جديدة تم تكرارها بعد ذلك في براءات الاختراع اللاحقة، وهو مؤشر على حدوث اختراقات جذرية. على سبيل المثال، براءة اختراع إلياس هاو جونيور لآلة الخياطة عام 1846 لم تكن مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بأي شيء جاء من قبل ولكنها سرعان ما أصبحت أساسًا لبراءات اختراع ماكينة الخياطة المستقبلية.

براءة اختراع تأسيسية أخرى كانت تلك التي مُنحت لعامل بناء إنجليزي في عام 1824 لاختراع الأسمنت البورتلاندي، الذي لا يزال العنصر الرئيسي في معظم الخرسانة في العالم. وكما وصف تيد سي. فيشمان في بحثه الرائع عن حالة الخرسانة اليوم، فإن هذه الصناعة التي تبدو مستقرة اليوم تمر باضطرابات بسبب انبعاثاتها الكربونية الثقيلة. إن طفرة الذكاء الاصطناعي تغذي طفرة البناء في مراكز البيانات، وكل هذه المباني تتطلب مليارات الأطنان من الخرسانة. يأخذ فيشمان القراء إلى المختبرات والشركات الناشئة حيث يقوم الباحثون بتجربة تركيبات صديقة للبيئة من الأسمنت والخرسانة. من يدري أي من هذه التجارب ستؤدي إلى براءة اختراع يتردد صداها عبر العصور؟

يبدأ بعض المهندسين عملية اختراعهم بالتفكير في التأثير الذي يريدون إحداثه في العالم. وينصح عالم التكنولوجيا الهندي البارز راغوناث أنانت ماشيلكار، الذي روج لفكرة “هندسة غاندي”، المخترعين بالعمل بشكل عكسي انطلاقًا من “ما نريد تحقيقه من أجل تحسين البشرية”، وإنشاء تقنيات لحل المشكلات تكون ميسورة التكلفة ومتينة. ، وليس فقط للنخبة.

المتانة مهمة: لا يقتصر الاختراع على إنشاء شيء جديد تمامًا. يتعلق الأمر أيضًا بالتوصل إلى طرق ذكية للحفاظ على استمرار شيء موجود. وهذا هو الحال مع تلسكوب هابل الفضائي. تم تصميمه في الأصل ليدوم 15 عامًا، وقد ظل في المدار لمدة ضعف هذه المدة، وفي الواقع أصبح أفضل مع مرور الوقت، لأن المهندسين صمموا القمر الصناعي ليكون قابلاً للتثبيت والتحديث في الفضاء.

بالنسبة لجميع أنشطة الاختراع في جميع أنحاء العالم – تقول المنظمة العالمية للملكية الفكرية أنه تم تقديم 3.5 مليون طلب للحصول على براءات اختراع في عام 2022 – فقد يكون اختراع شيء مفيد أكثر صعوبة مما كان عليه من قبل. ليس لأن “كل ما يمكن اختراعه قد تم اختراعه”، كما هو الحال في الاقتباس الملفق المنسوب إلى الرئيس سيئ الحظ لمكتب براءات الاختراع الأمريكي في عام 1889. بل لأن الأمر يتطلب الكثير من التعليم والخبرة قبل أن يتمكن المخترع من فهم جميع الأبعاد. من الباب الذي يحاولون فتحه، ناهيك عن التوصل إلى استراتيجية للقيام بذلك. وقد أظهر بن جونز، الخبير الاقتصادي في كلية كيلوج للإدارة بجامعة نورث وسترن، أن متوسط ​​عمر المبدعين التكنولوجيين العظماء ارتفع بنحو ستة أعوام على مدار القرن العشرين. وخلص جونز إلى أن “الابتكار العظيم أصبح أقل فأقل مصدره للشباب”.

فكر في تصميم شيء معقد مثل مفاعل الاندماج النووي، كما وصفه توم كلاينز في كتابه “An Off-the-Shelf Stellarator”. لقد قضى الباحثون في مجال الاندماج عقودًا من الزمن في محاولة فك شفرة الاندماج المجدي تجاريًا، فهو أقرب إلى مهنة منه إلى مهنة. وإذا نجحوا، فسوف يطلقون العنان لطاقة نظيفة لا حدود لها بشكل أساسي دون انبعاثات غازات الدفيئة أو خطر الانهيار. هذا هو الحلم الذي يسعى إليه الفيزيائيون في مختبر برينستون بولاية نيوجيرسي. ولكن قبل أن يبدأوا، كان عليهم أولاً أن يكتسبوا فهمًا عميقًا لكل ما هو موجود خطأ طرق بناء مفاعل الاندماج. وبمجرد أن أصبح الفريق جاهزًا للمضي قدمًا، كان ما قاموا بإنشائه هو مفاعل تجريبي يعمل على تسريع دورة التصميم والبناء والاختبار. وباستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي الجديدة والقوة الحسابية غير المسبوقة، يبحثون الآن عن أفضل الطرق لإنشاء المجالات المغناطيسية التي ستحصر البلازما داخل المفاعل. وبالفعل، انبثقت شركتان ناشئتان من مختبر برينستون، وكل منهما تسعى إلى إيجاد طريق نحو الاندماج التجاري.

تعرض قصة النجم والعديد من المقالات الأخرى في هذا العدد كيف يؤدي ابتكار واحد إلى ابتكار آخر، وكيف يمكن لاختراع واحد أن يساعد في تمكين اختراعات أخرى كثيرة. يحاول الآن دين كامين الأسطوري، الذي اشتهر بالأجهزة الميكانيكية مثل سيجواي وذراع “لوك” الاصطناعية، دفع عالم التصنيع البيولوجي الاسفنجي إلى الأمام. في إحدى المقابلات، يشرح كامين كيف تعمل مؤسسته غير الربحية على البنية التحتية – المفاعلات الحيوية، وأجهزة الاستشعار، وأجهزة التحكم – التي ستمكن الشركات من استكشاف إمكانيات زراعة الأعضاء البديلة. يمكنك القول إنه يخترع منصة الإطلاق حتى يتمكن الآخرون من اختراع الصواريخ.

في بعض الأحيان، يعرف كل شخص في مجال البحث أين نحتاج إلى تحقيق اختراق، ولكن هذا لا يجعل تحقيق ذلك أسهل. مثال على ذلك: البحث عن روبوت منزلي يشبه الإنسان يمكنه أداء الأعمال المنزلية، والتحول بسهولة من قلي البيضة إلى طي الملابس. يحتاج علماء الروبوتات إلى برامج تعليمية أفضل من شأنها أن تمكن الروبوتات الخاصة بهم من التنقل بين حالات عدم اليقين في العالم الحقيقي، كما يحتاجون أيضًا إلى مشغلات أرخص وأخف وزنًا. إن التقدم الكبير في هذين المجالين من شأنه أن يطلق العنان لسيل من الإبداع وقد يجلب أخيرًا خدمًا آليين إلى منازلنا.

وربما يكون لدى علماء الروبوتات المستقبليين الذين يحققون هذه الإنجازات سببًا لشكر مارينا أوماشي بيرز، خبيرة التكنولوجيا في كلية بوسطن التي شاركت في إنشاء لغة برمجة ScratchJr ومجموعة أدوات الروبوتات KIBO لتعليم الأطفال أساسيات البرمجة والروبوتات بطرق مسلية. إنها ترى الهندسة كملعب، ومكان للأطفال للاستكشاف والإبداع، ليكونوا أحمقين أو متفاخرين. إذا تعلم أطفال رياض الأطفال اليوم أن يفكروا في أنفسهم كمخترعين، فمن يدري ما الذي سيصنعونه غدًا؟