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2026年9月16日Masahiro Taima研究AGI

AI时代的发明：基于最新研究的发明对象、方法、主体、制度与应用

本文由日语原文自动翻译而成

引言

随着AI的发展，创造新事物的发明行为的门槛大大降低了。今后，发明行为将如何发展呢？在此，我们回到原点，回顾历史，整理在当前急剧变化的背景下，发明行为正在经历什么样的变革。

本文的新颖性体现在以下3点。

  • 发明的体系化：将伟大发明的诞生过程整理为"科学的直系、新结合、需求的反向推导、偶然、系统性探索"这5条路径，并为每条路径配以著名的具体案例和实证研究
  • 理论和方法论的完整性：从邻接可能性到TRIZ、领先用户法，将发明通用性描述的理论和"有意地引发发明"的处方方法论，按对应关系整合在一个统一的框架中
  • AI时代的发明形态：基于最新研究，整理了AI将如何改变发明的形态

发明的对象

发明的定义

首先，我们需要区分日常语言中容易混淆的3个概念。这一区分是本文的基础。

  • 发现(discovery)：找到已经存在但不为人知的事实、法则
    • 例：青霉素杀灭细菌的特性、电磁感应定律、DNA的双螺旋结构。这些都是"在被发现之前就已存在于世界中"的
    • 研究的成果（新理论、新证据）属于这一类
  • 发明(invention)：利用自然法则，创造出新的、有用的人工制品或方法
    • 例：青霉素的提纯和量产方法、发电机、PCR法。这些都是"在被创造出来之前世界上不存在"的
    • 发现与发明的界限在于"是自然存在，还是人为创造"。青霉素的杀菌性是发现，而将其作为药物稳定供应的制造方法是发明
  • 创新(innovation)：发明在市场、社会中普及，产生经济价值
    • 熊彼特将"发明如果未被实施，则在经济上是无意义的"作为发明和创新的明确区分(Schumpeter, 1934)。对他而言，创新的主角不是发明者，而是将发明转化为商业的企业家(Entrepreneur)
    • 这一区分的重要性体现在两方面的现实中：有发明了但未能推广的案例（后述的Xerox PARC），也有未发明而仅通过推广获胜的案例（许多快速跟随者）

这三者是"认识→创造→推广"的链条，但各自验证的对象不同。发现验证"是否真实"，发明验证"是否可行"，创新验证"是否畅销(是否被使用)"

发明有一个已经运用了数百年的定义。那就是专利的3项要件。

  • 新颖性(novelty)：世界上任何地方都不为公知。出申前，如果论文、产品、讲演等任何形式中有过公开，即使是申请人自己的公开，原则上也会丧失新颖性。与研究中的"优先权"相同，要求世界上首创
  • 进步性(inventive step / non-obviousness)：对该领域的普通技术人员而言不是显而易见的。仅仅是新的还不够，从已知要素"容易想到"的东西不被视为发明。就后述的新结合理论而言，即使是"罕见的组合"，如果对业内人士是显而易见的，也就不具备进步性
  • 产业上的利用可能性(industrial applicability / utility)：能够实际制造和使用。如永动机那样原理上无法运动的东西，或实施方法未具体化的构想，都不符合要件

对比《弗拉斯卡蒂手册》规定的研究5项标准（新颖性、创意性、不确定性、系统性、可重复性。OECD, 2015），我们可以看到对应关系。新颖性相同，进步性对应"创意性(基于非显而易见的概念)"。另一方面，研究的"不确定性"不包含在发明的要件中，取而代之的是产业上的利用可能性，这是发明所特有的。研究旨在"获得真理"，发明旨在"使其可行"——这就是两者本质区别所在

从这一定义出发，我们也可以明确哪些东西看似是发明，实际上并非发明

  • 仅仅的想法、创意：还未成形可运行的东西。专利制度要求"在业内人士能够实施的程度上有具体披露"。"飞行的机器"的构想不是发明，飞升力和操纵的具体机制才是发明
  • 常规改进：缺乏进步性。对应研究中的"开发"。如改变现有产品的尺寸或用已知材料代替
  • 发现本身：自然法则的发现不能获得专利。E=mc²不能专利化，但利用它的原子反应堆可以专利化。人类基因序列本身不是发明，但检测它的方法可能是发明

构成发明的4种行为

在研究中，我们可以将其分解为"提问、创造、验证、分享"4种行为。发明同样地，可以描述为不分领域的以下4种行为的组合

① 定义问题

  • 确定什么造成了困难，什么能够实现才有价值。用TRIZ（苏联开发的发明性问题解决理论，即系统性思维和创新手法）的语言来说，就是找到"技术矛盾"(改善某个方面会恶化另一个方面)(Altshuller, 1999)。对戴森来说，矛盾是"纸质集尘袋吸尘器的吸力随着使用而下降"，对莱特兄弟来说，则是"稳定机翼就无法操纵"
  • 与研究中的"提出问题"对应，但发明的问题并非"是否真实"，而是"如何才能运作、如何消除困难"的形式

② 选择原理

  • 决定利用哪种自然法则或现有技术来解决问题。戴森将木材加工厂中用于集尘的旋风分离原理引入吸尘器。

③ 具体化

  • 将原理落实为能够实际制造和运作的形式。这一行为使发明有别于"创意"。戴森的5,127台原型机、爱迪生的数千种灯丝试验都属于这一行为，发明的大部分时间都花在这里
  • C-K理论（概念-知识理论）将这一过程形式化为"在概念空间(真伪仍未确定的构想)和知识空间(已知事实)之间往复，用知识充实构想"的过程(Hatchuel & Weil, 2009)

④ 证明其可行性

  • 以可重复的方式证明原型产品满足要求。与研究的"验证"对应，但验证的对象不是"论断是否真实"，而是"人工制品是否发挥功能"
  • 专利制度要求"可实施的披露"，投资者要求"演示"，都是为了确认这一行为的成果

与研究的4种行为相同，这些不是线性的，而是循环的。如果原型机不能运作，就回到原理选择，即使能运作，如果问题定义有偏差，也要回到①

发明的分类

发明(何物如何新颖)有多个维度。

  • 按对象分类
    • 发明的对象主要是物(product)和方法(process)。
    • 美国专利法将可获得专利的对象定义为"process(方法)、machine(机械)、manufacture(制造物)、composition of matter(物质组成)"4个类别(35 U.S.C. §101)，后3者对应"物"，process对应"方法"。欧洲专利条约将"任何技术领域的发明"列为对象，在审查实务中将权利要求分为物(product)、方法(process)、装置(apparatus)、用途(use)各类别处理(欧洲专利条约52条)。包括日本在内的许多国家的专利法也采取物/方法的区分作为条文上的基本类型
    • 这一区分在实务中很重要，因为权利作用的行为因类型而异。物的专利排他性地控制该物的制造、使用、销售、进口，但方法的专利仅限于该方法的使用(以及在许多法域中，该方法直接获得的物)(TRIPS协议28条1项)
    • 根据S曲线理论(Utterback & Abernathy, 1975)，产业初期是产品发明占主角，成熟期是工艺发明占主角。制度首先提出的问题是"这是物还是方法"，而不是是否激进。
  • 按技术领域分类
    • 专利局实际对专利进行"分类"的尺度是技术领域。由WIPO管理的国际专利分类(IPC)将全部技术分为A(生活必需品)到H(电气)共8个部分，并分层至约7万个细分类(WIPO, IPC)。欧美专利局联合运营的共同专利分类(CPC)进一步将其细分至约25万个
    • 重要的是，IPC/CPC仅是按"技术领域是什么"来切分，不对发明的突破幅度或经济价值进行分类。晶体管的基本专利和其第一千项改进专利并列在同一分类号下
    • 价值的差异事后通过被引用次数来近似。专利被引用次数与其经济价值的相关性早已在CT扫描仪专利分析中得到证实(Trajtenberg, 1990)，专利经济价值分布极端不均(少数专利占有全部价值的大部分，大多数专利几乎无价值)这一点也是通过被引用数据测得的(Scherer & Harhoff, 2000)
    • 因此，对发明的投资具有接近"彩票"的分布特征，只有通过投资组合(多次尝试)才能收回。这与研究者通过引用来衡量价值的世界(论文被引用)是相同的结构
  • 按进步程度分类
    • 发明分为激进型(Radical)和渐进型(Incremental)。
    • 激进型是指性能或原理的飞跃(例：真空管→晶体管、胶片→数码相机)。
    • 渐进型是指在现有框架内的持续改进。
    • 产业生产率提升的大部分实际上是由渐进型发明驱动的。半导体性能的提升(摩尔定律)是在一项激进型发明之上堆积数千项渐进型改进的结果
    • 专利制度本身不包含这一区分。审查仅判定"对该领域的普通技术人员是否显而易见"(35 U.S.C. §103；欧洲专利条约56条)，而不对突破幅度进行分级评估。激进型发明和渐进型发明，只要超过阈值，都是相同的"专利"
    • 然而，制度确实以3种方式间接地纳入了这一区分
      • 基本专利和从属专利(改进发明)：当某项发明利用他人的专利发明而成立时，改进发明本身可以获得专利，但实施需要获得基本专利权利人的许可。TRIPS协议将这种"第二项专利不侵犯第一项专利就无法实施"的关系明文规定为从属专利，并规定强制实施权的条件(TRIPS协议31条(l))。这是将"渐进型发明建立在先行激进型发明之上"的技术累积性(后述Arthur (2009)的组合演化)制度化为权利依存关系。后述的交叉许可和专利丛林(Shapiro, 2001)是这种依存关系层层积累的结果
      • 实用新案(小专利)制度：德国(Gebrauchsmuster)、中国、韩国、日本、法国、意大利等世界许多国家都设有与专利分离的实用新案制度，保护进步性水准低于专利的"小发明"（美国和英国除外）。一般采用简化审查或无审查制度，保护期为6至10年，短于专利的20年，许多国家将保护对象限制在商品的形状和结构，排除方法(WIPO, Utility Models)。这是制度层面明确为"渐进式发明提供接收载体"的例证。
      • 先驱发明法理：美国判例中存在传统做法，对开创全新领域的"先驱发明"的专利给予广泛的权利范围(等同原理)。联邦最高法院在1898年的判决中将先驱发明定义为"首次实现了之前未知的功能，或表现出从既有技术的显著进步的发明"(Boyden Power-Brake Co. v. Westinghouse, 1898)。这是将根本性创新程度反映到权利的"广度"中的运用。

发明的方法

发明的途径

追溯伟大发明的诞生经过，大体可整理为5条路径。

① 科学的直系

  • 分析数百万件专利和论文的引用链后发现，大多数专利溯源数个步骤后就会到达科学论文，论文方面也有相当比例最终连接到将来的发明(Ahmadpoor & Jones, 2017)。"与科学无关的发明"比想象中更少见。此外，直接基于科学论文的发明具有更高的市场价值(Krieger et al., 2024)。
  • 科学向发明的转化存在较长的滞后期。美国国立卫生研究院(NIH)约30%的资助产生的论文后来被民间专利引用，但从资助到专利的连接需要较长的时间(Li, Azoulay & Sampat, 2017)。这个滞后期的中间地带成为后文所述的"死亡之谷"。
  • 具体例证
    • 晶体管(1947年)是贝尔实验室有意研究量子力学(半导体中的电子行为)的成果。该研究将理论家巴尔丁和实验家布拉顿置于同一小组，使他们同时追求"真空管的替代"这一应用目标和"固体电子论"这一基础课题。这种同时兼顾理解和实用的巴斯德型研究(Stokes, 1997)的典范。
    • CRISPR-Cas9(Jinek et al., 2012)源自细菌免疫机制(对抗病毒)这一看似与应用无关的基础研究发现，几乎原封不动地转化为基因编辑这一发明(工具)。从发现到发明的距离异常短。
    • mRNA疫苗源自卡里科和魏斯曼关于修饰核苷可规避免疫反应的基础科学发现(2005年)，15年后才作为COVID-19疫苗实现。从发现到发明的距离较长。
    • 核能、激光、GPS、核磁共振等，"20世纪前半的基础科学"(相对论和量子力学)成为了"20世纪后半的发明群"的基础。GPS如果没有相对论对时间的校正，会产生数公里的误差。

② 既有要素的新结合

  • 熊彼特将创新定义为"新结合(neue Kombination)"(Schumpeter, 1934)。经济学模型表明，由于要素组合数比要素数增长得快(组合爆炸)，知识积累越多，发明机会就增长得越快(Weitzman, 1998)。这个模型的含义重大：成长的瓶颈不是"组合的种类"，而是"尝试组合的处理能力"。
  • 专利数据的实证也表明，发明可以表述为"既有要素(技术分类)的组合以及过往组合的重新整合"(Fleming, 2001)。该研究还量化了探索的风险-收益结构：首次组合的新要素容易失败但成功时回报巨大，熟悉的组合安全但平凡。
  • 对1,790万篇论文引用组合的分析表明，影响力最大的成果具有"大部分是常见组合+仅一处极其异质的组合"的构成(Uzzi et al., 2013)。全部标新立异的工作和全部常规的工作影响力都较低。iPhone也可理解为"既知要素的整合+多点触控UI这一点异质"。
  • 具体例证
    • 古腾堡的活字印刷术(约1450年)是葡萄压榨机(压力机制)+金属铸造(活字)+油性油墨+纸张既有要素的结合。几乎没有新部件。但这种组合将"知识复制成本"降低了数量级，成为宗教改革和科学革命的物质基础。
    • 莱特兄弟的飞机(1903年)是滑翔机(升力)+轻型汽油发动机(动力)+自行车技术(轻量结构和操控思想)的结合。这三个要素都不是他们的发明。
    • 集装箱运输(1956年)将箱子、船、起重机、卡车等所有既有要素，按照"以标准化箱体为前提重新设计整个运输系统"的方式结合。麦克莱的发明不是零部件，而是结合方式本身。
    • iPhone(2007年)是触摸屏、手机、音乐播放器、网络终端等既有技术的整合。

③ 从需求和问题反向推导

  • 有经典实证表明，科学仪器的77%重要创新来自使用者而非制造商(von Hippel, 2005)。半导体工艺设备也显示相同的模式。
  • 机制是信息不对称。什么是真正的问题(需求信息)偏向于使用者掌握，怎样制造(解决方案信息)偏向于制造者掌握。由于需求信息是隐性的、难以转移(粘性高)，在粘性高的情况下，使用者自己制造比向制造者传达需求更快(von Hippel, 2005)。
  • 从"识别客户深层问题"出发的商业化方法系列(客户发现)是将发明的这一路径转化为可重复的程序。
  • 具体例证
    • 哈伯-博施法(1909-13年)由"天然氮肥(智利硝石、鸟粪)枯竭，人类将面临饥荒"这一当时最严峻的社会课题驱动，正当化了对空气中固定氮这一难题的集中投资。经过数千次的催化剂探索(与后文的系统探索合流)最终完成，现已成为全球人口一半的粮食基础。
    • 雷达、青霉素的量产工艺、电子计算机(密码破译、弹道计算)、合成橡胶、GPS。如前所述，重大需求将资金、人才和尝试次数集中于一点，强制性地产生发明。受第二次世界大战时期研发投资较多的地区和技术领域，战后数十年内的发明活动持续增加，这一点已被实证(Gross & Sampat, 2023)。
    • COVID-19疫苗是"科学直系"的mRNA种子被疫情需求在不到一年内压缩至发明和实用化。这是途径①和③合流的最新案例。
    • 山地自行车不是由自行车制造商，而是由想在山上骑车的加州年轻人改造既有自行车而创造出来。风筝冲浪、心肺旁路装置改进、外科手术器械的许多改进也类似。在软件领域，开源软件(Linux、Git)是用户创新的最大实例(使用者因自身需要而创造和分享)。

④ 偶然与准备好的心灵

  • 弗莱明之所以能识别青霉菌的含义，是因为他是细菌学家；伦琴之所以追踪"不可能的光"，是因为他是实验物理学家。相同现象必定在其他实验室也出现过，但被丢弃了。这不仅仅是运气好的问题，而是正如巴斯德所说"幸运眷顾有准备的心灵"。偶然机会降临于所有人，但只有拥有深厚专业知识(用前文的表述就是规则的积累)的人才能读懂其含义。
  • 不舍弃意外事实(Result)，而是建立解释该事实的假设(Case)。恐惧感(意外发现有价值、获得意外幸运的现象或能力)本质上就是研究中的溯因推理(Peirce, 1878)。因此恐惧感可重新定义为"对令人惊讶的Result建立Case假设的习惯在组织内得到系统允许"。
  • 偶然是可以设计的。不同领域人员碰撞的空间、不舍弃失败数据的记录、明确允许探索时间(3M的15%规则)都是"增加偶然试验次数"和"提高觉察概率"的装置。
  • 具体例证
    • 青霉素(1928年)——培养皿中意外混入的青霉菌周围，细菌死亡。X射线(1895年)——伦琴在进行阴极线实验时，发现被遮蔽的装置旁的荧光板发光。硫化橡胶(1839年)——古德伊尔不小心将橡胶与硫磺混合物落入炉子，得到了既不因热融化也不因冷变硬的材料。
    • 合成染料茜素紫(1856年)——18岁的帕金在合成疟疾药奎宁失败后，从烧瓶中残留的紫色物质发明了世界首个合成染料。这成为合成化学工业本身的起点。微波炉(1945年)——雷达用磁控管前，口袋里的巧克力融化了。便签纸(1968年→1980年)——强力粘合剂开发失败产生的"易脱落胶水"，10多年后与"赞美诗集书签掉落"的另一问题结合。伟哥——狭心症治疗药临床试验中观察到的"副作用"成了主作用。

⑤ 系统探索

  • TRIZ(发明性问题解决理论)由苏联专利审查官阿尔特舒勒通过分析数十万件专利，提取出跨领域反复出现的发明模式而创立(Altshuller, 1999)。核心洞察有两个。首先，发明是"技术矛盾(改进一个方面会恶化另一个方面)的消解"。其次，矛盾的解决方法不是无限的，而是收敛于"40条发明原理"(分割、不对称、嵌套、预先行动、自我服务、逆转等)。换句话说"你面临的矛盾，别人已在不同领域解决过了"。TRIZ提供了抽象自己的问题、查阅原理目录、再具体化到自己领域的程序。
  • 系统探索的成败取决于"探索空间的设计"(覆盖哪些范围)和"每次试验的成本和时间"。降低试验成本的人获胜。
  • 具体例证
    • 爱迪生的门罗公园实验室试验了数千种灯丝材料。"天才是1%的灵感加99%的汗水"不是励志论，而是探索战略的宣言。爱迪生最大的发明据说不是某个产品，而是"工业化生产发明的组织=研究所"本身。
    • 哈伯-博施法系统试验了2,500多种催化剂候选物质才到达实用催化剂(铁系)。戴森的旋风吸尘器制作了5,127台试制机才实现商业化。药物发现的高通量筛选是用机器人机械式地试验数十万至数百万化合物的系统探索的产业化。

发明理论

本部分整理有关发明的理论。

  • 邻接可能性(adjacent possible)
    • 发明只能打开可能性空间的"紧邻"部分(Kauffman, 2000)。
    • 任何天才都无法在零部件和知识齐全之前进行发明。达·芬奇构想了直升机，但在缺乏动力这一邻接部件的时代无法发明。反之，一旦部件齐全，多个人会在同一时间到达该发明。
    • 有经典研究表明，148项重要发明和发现由独立的多人在同一时期完成(电话(贝尔与格雷在1876年同日申报专利)、微积分(牛顿与莱布尼茨)、氧气的发现(舍勒与普里斯特利)、进化论(达尔文与华莱士)、飞机(莱特兄弟与各国竞争者)等)(Ogburn & Thomas, 1922)，这表明发明不仅是"个人天才"，也是"时代打开的邻接可能性瞬间"的产物。
    • 发明竞争往往不是"能否想到"的竞争，而是"在相邻技术成熟的瞬间，谁最先完整地实行"的竞争。因此专利制度需要一套"严格确定最先申请者"的机制
  • 技术的组合进化
    • 所有技术都是既有技术的组合，新技术将成为未来组合的零部件(Arthur, 2009)
    • 技术像生物一样构建系统发生树并"进化"。蒸汽机→蒸汽涡轮机→喷气发动机，发明必然有先祖(Basalla, 1988)。技术史学家巴萨拉通过蒸汽机到晶体管的大量事例证明了"没有先祖的发明不存在"
    • 这是新组合(Weitzman, 1998; Fleming, 2001)的宏观理论版本，解释了技术总量越多发明加速的"复利"结构
  • 转用(exaptation)
    • 为某一目的而创造的技术在别的用途上绽放光彩
    • 概念原典来自进化生物学。羽毛为保温而进化，后来被"外适应"用于飞行(Gould & Vrba, 1982)。技术也相同，如磁控管(雷达)→微波炉、西地那非(心绞痛)→伟哥、特氟隆(军事·原子能)→不粘锅、互联网(军事·学术网)→商业基础设施
    • 发明的价值不局限于发明者的意图。正因如此，"不限制用途而公开"才能增加社会整体的发明量
  • 类比转移
    • 借用其他领域和自然界的结构
    • 魔术贴(尼龙搭扣)模仿了牛蒡种子粘在衣服上的机制。新干线500系列车头形状借鉴了翠鸟嘴部(解决隧道微气压波)。仿生学(生物模拟)是这一路径的产业化
    • 设计公司IDEO的民族志研究表明，该公司创新能力的源泉不是个人天才，而是"看过众多行业解决方案的记忆被运用到另一行业问题中的技术中介(technology brokering)"这一组织过程(Hargadon & Sutton, 1997)。类比不是个人才华，而是可以组织性地积累和运用的能力
  • S型曲线与主导设计
    • 新技术的性能呈"缓慢→急剧→趋平"的S形，产业经历多元设计乱立期后收敛为一种主导设计(Utterback & Abernathy, 1975)
    • 汽车初期蒸汽、电动、汽油车竞争，T型福特成为主导设计。个人电脑中的IBM PC兼容机、智能手机中的iPhone型(全屏触控)也是类似情况
    • 产品发明的机会在收敛前的乱立期最大，收敛后重心转向工艺发明(改进制造方法)。"当前处于S曲线的哪个位置"的判断决定了发明投资的时机
  • 约束驱动的发明
    • 阿波罗13号的二氧化碳过滤器是在"仅用船内现有物品"的极限约束下在数小时内发明的。集装箱的"规格"自我约束是价值源泉。初期Twitter的140字限制催生了新的表现形式
    • 整合145项实证研究的综述表明，资源、时间、需求的约束在适度水平上实际上会提升创意和创新，而无约束环境下人们往往倾向于最熟悉的解决方案(Acar, Tarakci & van Knippenberg, 2019)。TRIZ的矛盾消解(前述)也源于同样的思想。约束不是要回避，而是可以作为突破口的坐标来活用

发明的方法论

本节将上述理论整理为可执行的步骤

  • TRIZ(创意问题解决理论)
    • ⑤系统性探索+类比的程序化(Altshuller, 1999)
    • 步骤：识别矛盾→用39个工程参数抽象化→从矛盾矩阵查找相应发明原理→重新具体化到自己的领域。
    • 对工程矛盾明确的问题效果最强，三星等大型制造企业已将其纳入培训体系
  • 领先用户法
    • ③用户创新的程序化(von Hippel, 1986)
    • 步骤：不找市场上的平均用户，而是找"需求比市场早数年、已经开始自己创造解决方案的先进用户"，将其解决方案作为产品开发的种子。
    • 手术用薄膜的创新来自于感染控制最前沿的军队野战医院和兽医的启发
    • 3M公司用该方法的项目相比传统方法产生的销售预测产品概念约高8倍，这已被实证(Lilien et al., 2002)
  • 设计思维
    • ③从需求逆推+④洞察的程序化(Brown, 2008)
    • 步骤：观察(沉浸于用户现场)→重新定义问题→发散(头脑风暴)→原型制作→测试的迭代。
    • 本质在于明确地将"寻找正确问题"作为先于"找到正确答案"的工程步骤
    • GE医疗的儿童MRI(将检查重新定义为"冒险"，大幅降低镇静剂使用率)
  • 仿生学(生物模拟)
    • 类比转移的程序化(Benyus, 1997)
    • 将生物作为38亿年进化已解决问题的目录。魔术贴、翠鸟新干线、壁虎脚(粘附)、荷叶(防水涂料)、白蚁巢(建筑自然空调)
  • C-K理论(概念-知识理论)
    • 发明逻辑结构的形式化(Hatchuel & Weil, 2009)
    • 将设计定式化为"已知知识空间(K)"与"真伪未定概念空间(C)"之间的往复。"在知识补充下逐步培育尚不存在的东西的定义"这一过程被作为设计科学处理，已用于发明教育课程
  • 第一性原理思维
    • 从物理极限逆推
    • 不遵循惯例或类比，而是从物理定律和成本结构的原理重新构建。
    • 火箭原材料费仅占成品价格的数%→重复使用的话成本应该下降数个数量级，这是SpaceX的推理。
    • TRIZ的"从理想解(Ideality)逆推"(Altshuller, 1999)出于同样的思想

这些工具的共同点是把发明从"等待灵感"转变为"可以设计试行次数和成功率的工程"。使用哪种工具取决于所面临问题处于哪条路径

  • 不明确应该做什么(需求未语言化)→用设计思维重新定义问题，用领先用户法寻找先进使用者的解决方案(von Hippel, 1986; Brown, 2008)
  • 应该做什么明确但技术矛盾陷入僵局→用TRIZ抽象矛盾，引出其他领域的解决原理(Altshuller, 1999)。如自然界存在类似问题则使用仿生学(Benyus, 1997)
  • 有新的科学种子但用途待探索→用途探索是转用(Gould & Vrba, 1982)的有意实行。列举种的特性，寻找它能"解决矛盾"的领域
  • 探索空间广，不知道什么会成功→设计系统探索。投资降低每次试行的成本和速度(前述⑤的含意)
  • 整个业界共享的既有前提→用第一性原理思维从物理极限重新构建前提。破坏性创新(Christensen, 1997)往往从这条路径产生

发明的主体

发明主体的演变

发明的担当者也在历史中不断更新。

  • ～18世纪：工匠和个人发明家
    • 发明在工匠的学徒制中以非明文形式的技能积累和改进。行会通过保密技能来守护价值(后述秘匿传统)
    • 例：古腾堡(金属细工师)、哈格里夫斯(织工，珍妮纺纱机)、瓦特(仪器工，蒸汽机改进)。产业革命的发明者大多是工匠而非科学家
  • 19世纪：独立发明家时代
    • 专利制度的完善使以发明为生的"职业发明家"成为可能。爱迪生、贝尔、特斯拉、戴姆勒属于这一类型
    • 例：爱迪生的门罗公园研究所(1876年)是个人发明家"发明工厂"组织化的转折点。从这里过渡到企业研究所
  • 20世纪：企业中央研究所和政府时代
    • GE研究所(1900年)、杜邦、贝尔研究所(1925年)建立了雇用科学家系统性生产发明的机制。晶体管、尼龙、激光出自这一类型
    • 政府通过战争和冷战成为最大的发明采购方(Gross & Sampat, 2023)。曼哈顿计划、阿波罗计划、ARPANET是这一时代的产物
  • 20世纪末～现在：分工和初创企业时代
    • 大企业退出科学研究，转为"大学主导科学、初创企业主导发明、大企业主导获取和规模化"的分工结构(Arora et al., 2020)。生物风险企业(基因泰克，1976年)是这一分工的原型，AI初创企业是最新形式
    • 同时，使用者(用户)被认识为发明的担当者(von Hippel, 2005)。开源软件是其最大的制度化

发明主体特征的比较

将当前主要发明主体按照前篇研究主体比较的4个视角进行对比

  • 资金来源：由谁资助发明，规模有多大
  • 发明重心：5条路径(科学直系、新组合、需求、偶然、系统探索)中侧重于哪条，是提供种子还是具体化
  • 速度：决策和试制·验证循环的机动力
  • 开放性：发明开放到什么程度(专利、论文、秘密、开源的选择)

按这4个视角对6个主体进行比较

  • 大学
    • MIT、斯坦福大学、剑桥大学等
    • 优势是提供发明的"种子"。科学直系型发明(晶体管原理、CRISPR、mRNA)基本上出自大学和研究机构。制约是具体化(试制、量产、销售)的能力，大学发明的大多通过许可或创办初创企业由外部具体化(Arora et al., 2020)
    • 资金来源：政府资助、产学合作资金。单项规模较小
    • 发明重心：科学直系(接近发现端)。出种子但由外部培育
    • 速度：缓慢(受资助周期和教学兼任制约)
    • 开放性：最高。以论文和专利双方式公开，论文往往先发(前述配对发表)
  • 政府研究机构·军队
    • NASA、DARPA、洛斯阿拉莫斯国家实验室、CERN等
    • 优势是承接民间不敢承接的规模和风险，战时R&D采购地区和领域在战后长期发明活动增加(Gross & Sampat, 2023)。制约是与市场的距离，将发明变为产品的阶段交由民间(GPS、ARPANET民间开放)
    • 资金来源：政府预算。稳定且大型
    • 发明重心：使命驱动(安全保障、航天、能源)。从需求逆推和系统探索
    • 速度：平时缓慢(官僚体制)，但国家优先事项上最快(曼哈顿计划型动员)
    • 开放性：机密与公开的二层。军事用途保密，成熟后向民间开放是典型路径
  • 大企业研究所·开发部门
    • 贝尔研究所、施乐PARC、GE研究所、谷歌研究、洛克希德臭鼬工厂等
    • 强项是具体化和规模化的能力，以及甄别外部发明的吸收能力(Cohen & Levinthal, 1990)。历史上的企业研究所都具备组织性地促成五个路径汇聚的设计。贝尔实验室将基础研究者和工程师置于同一栋建筑内在走廊里碰撞(跨领域同居+长期时间轴+明确使命)，大量生产了晶体管、信息论和UNIX。3M和Google的自由时间制度(工作时间的15%-20%用于自由研究)孕育了便签纸和Gmail，用制度"购买了偶然的上场机会"。黑色项目部通过将少数精英与总部官僚制隔离开来，在短时间内发明了U-2和SR-71。局限是前述对架构创新和破坏性创新的结构性弱点(Henderson & Clark, 1990; Christensen, 1997)，以及短期收益压力导致的科学撤退。PARC(帕洛阿尔托研究所)虽然进行了发明但无法收获成果，大型企业整体转向了"发明是要买的"模式(Arora et al., 2020)。
    • 资金来源：自有收益。与景气周期和经营方针挂钩
    • 发明的重心：与自身产品相连接的应用发明和工艺发明。新型组合和系统化探索
    • 速度：中等(资金决策在内部完成，但受既有业务调整制约)
    • 公开性：选择性公开。申请专利但论文减少。将替代品(竞争产品)封闭，将促进应用的产品(互补产品)开放
  • 初创企业·新兴研究企业
    • OpenAI、SpaceX、Moderna、Genentech(先驱)等
    • 强项是不受既有资产束缚的单点集中，将能力破坏型·破坏性发明具体化并创造初期市场的角色。局限是缺乏互补资产(制造、销售网络、合规应对)，这迫使它在"自主作战或与既有企业合作"间作出选择(Gans & Stern, 2003)。失败时知识成果易散失
    • 资金来源：风险投资·大型投资者。风险资本规模巨大且集中于一点
    • 发明的重心：应用～巴斯德型。具体化和初期市场化。需求逆推和新型组合
    • 速度：最快。决策周期以天计，无资助周期也无既有业务的调整
    • 公开性：战略性变化(初期为吸引人才而开放，建立优势后趋于封闭)
  • 非营利·新兴研究机构
    • 霍华德·休斯医学研究所(HHMI)、Allen Institute、Arc Institute、FRO等
    • 强项是不受资助制度束缚的长期、高风险探索，其效果已被实证。相同水平的研究人员在获得长期、无条件、容错资金(HHMI型：5年更新，投资于人而非成果)时，相比获得短期、成果挂钩的标准资助(NIH R01型)的研究人员，产生突破性成果(最顶级1%被引用)的概率显著更高，同时失败也更频繁(Azoulay, Graff Zivin & Manso, 2011)。探索在结构上需要"失败可被接受的时间"，降低失败的管理同样会降低成功。局限是规模有限和对资助者意向的依赖
    • 资金来源：基金会基金·捐赠。比政府更自由，比企业更长期
    • 发明的重心：基础～高风险领域的种子供应。政府资助和企业都不敢承担的风险
    • 速度：中～快(官僚制薄弱)
    • 公开性：高(通常以提供数据库、工具等公共财产作为使命)
  • 个人发明家·用户
    • 独立发明家、开源软件开发者、改进自己工具的使用者等
    • 强项是直接获取需求信息。最了解真正问题所在的是使用者(von Hippel, 2005)，统计上家庭是最大级别的发明主体(von Hippel, de Jong & Flowers, 2012。见后文)。局限是具体化、量产、权利化的资源，导致发明满足个人需求后未进入市场的"普及市场失灵"
    • 资金来源：自有资金、众筹、小规模资助
    • 发明的重心：解决自身遇到的问题。资本密集度低的领域(软件、工具改良)。需求逆推
    • 速度：最快(完全无需组织协调)
    • 公开性：高(开源、社区共享)

从上述情况可以看出以下趋势

  • 通过4个观点可以看出，与研究活动相同，"资金的性质(资金来自谁)"基本决定了发明的重心、速度、公开性。政府和基金会资金指向长期、种子供应、公开，而市场资金指向短期、具体化、选择性公开。
  • 发明世界的独特之处在于，具体化(试制、量产)的能力所在决定了主体间的分工。拥有种子的一方(大学、非营利机构、个人)和能够具体化的一方(企业、初创企业)的分离，产生了后述的制度(许可、专利)和活用(互补资产)问题。
  • 美国自1980年代以来，大企业从科学中撤退，形成了"大学供给科学、初创企业从事发明、大企业负责收购和规模化"的分工，但有观点警告这种分工不易产生贝尔研型"科学与发明共居"所孕育的大发明(Arora et al., 2020)。

跨越主体类型，关于"谁进行发明"已积累了以下实证

  • "孤高发明家"神话的终结
    • 证据：一项分析了1990万篇论文和210万项专利共50年数据的研究表明，在科学和发明中，团队产出已占主导，且最高被引用的工作越来越多源自团队(Wuchty, Jones & Uzzi, 2007)。在专利中，团队专利比单人专利获得更高被引用的趋势逐年增强
    • 背景是"知识的重负"(Jones, 2009)：知识总量增加，一个人的大脑无法容纳发明所需的全部知识。发明人首次发明的年龄上升，专业范围变窄，团队规模扩大。爱迪生型个人发明家之所以能成立，是因为当时邻近可能性空间仍能装进一个人的头脑
  • 知识宿于人
    • 当著名生命科学家意外离世时，其合作研究者的论文生产力平均持续下降5%-8%(Azoulay, Graff Zivin & Wang, 2010)。论文仍然存在，但生产力下降。发明和发现所需的知识相当一部分不在论文中，而是作为人的隐性知识而存在。研究行业中的大挖角和研究人员薪酬飙升可理解为市场对这一事实的价格反映
  • 发明人由"出身"而非"曝光"决定
    • 一项将美国120万名发明人与税务记录相关联的研究表明，童年时期在发明者附近(发明活跃地区、发明人父母或父母同事)生长的儿童，成年后成为发明人的概率大幅提高。曝光的效果具有领域特异性，若父母同事是医疗设备发明人，子女也更易成为医疗设备领域发明人。即使数学成绩相同，低收入家庭、女性和少数族裔儿童成为发明人的概率更低。天赋本存但因环境未成为发明人的"失落的爱因斯坦们(Lost Einsteins)"数量巨大(Bell et al., 2019)
    • 发明人的供应由天赋分布决定，而非曝光分布。教育与角色模型政策(通过向学习者呈现和匹配具体的"榜样人物"，从而有力推动未来职业规划、学习动力提升或特定领域参与的举措)不仅是"公平"的政策，更是"增加发明总量"的政策
  • 移民与发明
    • 美国发明人中16%为移民，但以专利、被引用和经济价值衡量的发明生产中移民占23%，加上通过合作对接本土发明人生产率提升的波及效应，贡献达约36%(Bernstein et al., 2022)。这是越境者运来异质组合(前述Uzzi et al. (2013)的"一点异质性")的国家级实证
  • 越境者·中介者：运来另一领域"既有答案"的人
    • 阻碍发明的往往不是"无解"，而是"解已存在于另一领域但问题领域的人未知晓"。领域A的人知道A的问题但不知B的解，领域B的人知道B的解但不知A的问题。只有同时了解两者的人才能将二者相连。因此置足于两个或多个世界的越境者不成比例地产生发明
    • 产品设计公司IDEO的民族志研究(Hargadon & Sutton, 1997)表明这种越境可以通过公司系统而非个人才能实现。IDEO从医疗器械、玩具、计算机、家具等众多行业承接设计，因此玩具中使用的铰链机制可运到医疗器械，自行车瓶的结构可用于医疗泵，行业间运送解的机会在结构上众多。而且它们刻意为之，让员工同时跨越多个行业项目、频繁进行跨项目头脑风暴、共享"技术盒"(装有有趣部件和材料的共享记忆装置)、评价他人想法的引入，用运营手段刻意诱发这些情景
    • 例：达盖尔(舞台美术家→摄影)日常使用摄影机暗箱(光学装置)绘制写实背景，同时涉足化学。因为他同时了解"用光学制造影像"和"用化学固定影像"，他才能结合这两者发明摄影。仅靠光学家或化学家都不会产生这种组合
    • 例：邓禄普(兽医→充气轮胎)不是自行车专家。看到儿子三轮车在石板路上颠簸，他将兽医工作中熟悉的橡胶管和空气运来，带来了"空气层吸收冲击"的解决方案。自行车业界被"轮胎是固体橡胶"的前提所困
    • 例：莱特兄弟(自行车商→飞行机)。当时的竞争对手从船只和马车出发，追求"放开手也能自动保持稳定的机体"。兄弟俩每天看到的是自行车这种"放开就会倒的不稳定工具，需靠骑行者持续操作才能保持稳定"的机械，因此得出"飞行器也可以不稳定，用操纵来控制"的反向设计理念，创制了通过扭转机翼来操作倾斜的机构(翼变形)。首次实现载人自由飞行的不是航空专家，而是运来自行车理念的越境者
  • 用户发明者："困难本身"已经完成了一半的发明
    • 发明所需信息分散于两处。"缺少什么"的需求信息只有产品使用现场的人才拥有，"如何制造"的解信息在制造方。需求信息只在使用时显现，使用者本人也常不自觉，难以言传，制造商通过市场调查询问也得不到平均消费者对"尚不存在之物"的描述。而需求强烈且具备一定技术能力的用户则不待而先行自制(von Hippel, 2005)
    • von Hippel (1986)将比市场整体早数年就面临新需求、并在其解决时获得巨大利益的人群称为"领先用户"。满足这两个条件的人通常已经自己制作了原型。因此，对企业而言，与其从零开始发明，"寻找已经半途完成发明的人，并将其解决方案产品化"这一发明方法得以成立。这就是"寻找领先用户本身成为发明手法"的含义。
    • 例:在科学仪器中，77%的新产品源自科学家用户本身的自制品(von Hippel, 1976)。山地自行车源自加州爱好者对现成自行车的改装，许多外科器械的起点是外科医生。开源软件是这一类型最大的制度化。
  • 发明在地理上是聚集的。
    • 发明历来在城市和产业集群中集中(文艺复兴时期的佛罗伦萨、工业革命时期的伯明翰、20世纪的底特律、当今的硅谷)。知识溢出(Nelson (1959)·Arrow (1962)关于公共财性的反面)随距离衰减，因此人员密集混合的地方新组合的频率越高。
    • Bell et al. (2019)的"接触"效应和Azoulay et al. (2010)的"知识存在于人身上"这一发现合起来看，地理聚集也是代际再生产的机制。
  • 发明团队的最优构成
    • 基于上述实证，可以推导出无论主体何种类型的发明团队设计指针。团队化(Wuchty et al., 2007)、以人为单位汇聚知识(Azoulay et al., 2010)、包含跨界者(Bernstein et al., 2022; Hargadon & Sutton, 1997)、包含拥有需求信息的使用者(von Hippel, 2005)，以及给予容许失败的时间(Azoulay et al., 2011)。
    • 关于构成比例，前述Uzzi et al. (2013)的"常规+一点异质"可直接应用。团队大部分由问题领域的深度专家组成，其中加入一到两名来自其他领域的人员。全是异领域会缺乏基础，全是同领域则无法产生异质组合。
    • 这一构成也是同时推进前述5条途径(设计汇流)的人员配置。专家负责科学直系和系统探索，跨界者负责新组合和类比，使用者负责需求反推。

发明的制度

研究的制度是"以公开换取声誉"的机制，而发明的制度是"以公开换取暂时垄断"的机制，两者可谓是同一设计思想的孪生制度。

发明的共享

  • 前史:保密时代(至15世纪)
    • 结构性问题:即使公开发明也无利可图，只面临被模仿的损失。理性的发明者会隐瞒发明。其结果是技能随工匠死亡而丧失，其他发明者需要反复解决同样的问题。
    • 例:工匠行会将技能封闭在师徒传承内部，不将配方文字化，禁止城外技能流出。威尼斯玻璃工匠被隔离在岛屿(穆拉诺)上，脱离者会受到重罪处罚。
  • 15-18世纪:专利制度的发明(公开与垄断的交易)
    • 1474年的威尼斯专利条例被认为是世界首部系统的专利法，向新颖且有用的装置发明者提供10年垄断权，条件是要求发明的登记(公开)。1624年的英国《垄断条例》禁止国王武断地授予垄断权，仅允许向"真正的首位发明者"授予期限制限的专利。这一发展延续至1790年美国专利法(美国宪法授权联邦国会"为促进科学和有用技艺的进步，保障发明者一定期限的垄断权")。
    • 设计思想:如前文所述，科学通过"以公开换取声誉(优先权)"的制度(Merton, 1942)反转了保密的激励。专利是"以公开换取暂时垄断"的同构交易。虽然报酬的货币形式不同——声誉还是金钱——但"奖励那些不隐瞒而公开的人，使公开的知识为全体将来使用者所用"的设计是相同的。科学优先权与专利是防止知识隐瞒的孪生制度创新。
    • 专利制度在此获得的功能与前文所述学术期刊的4项功能相同:登记(以申请日确定优先权)、认证(通过审查保证新颖性与进步性)、周知(通过公报进行公开)、保存(作为专利文献档案)。前述的TRIZ正是从将这一档案重新理解为"人类发明数据库"而产生的(Altshuller, 1999)。
  • 19世纪:国际化(超越边境的优先权)
    • 工业革命导致发明跨越国界流通，随之出现了"在某国申请的发明在他国成为公知而无法获得专利"的问题。1883年的《巴黎公约》创设了优先权制度，将一国的申请日在其他缔约国也认定为优先日，并确立了国民待遇原则(外国人享受与本国国民相同的保护)(Paris Convention, 1883)。就如研究的国际合著创造了"共享同一规范的国际学术共同体"，《巴黎公约》也创造了"共享同一优先权规则的国际发明共享地"。
    • 如Ogburn & Thomas (1922)所示的同时多发发明一样，多人在同一时期到达同一发明不是例外而是常态。因此制度需要机械地决定"谁是最初"的规则。当今全球几乎普遍采用的先申请主义以"先申请者"为优先(美国也在2013年从先发明主义转变)。正如研究的优先权属于"先行公开者"，制度将"思想的瞬间"定义为"最初"的不是思想瞬间，而是公开记录的瞬间。这生成了"不隐瞒、尽快公开"的激励。
  • 20世纪:程序整合与最低基准全球标准化
    • 1970年的《专利合作条约》(PCT)通过单一国际申请确保了向全体缔约国的申请日，并统一了申请后18个月进行国际公开的程序(PCT, 1970)。"必在18个月后公开"的规则在全球范围内固定了保密与公开的平衡。
    • 1994年的《TRIPS协议》对WTO全体成员国强制要求"所有技术领域、物品或方法均享20年专利保护"的最低基准(TRIPS协议第27条、33条)。在与前文所述科学国际协调(CERN、人类基因组计划)同一时期，发明的制度也获得了国际共同基础。
  • 20世纪末至今:开放化与"开放·关闭"的设计
    • 开源软件(1991年Linux以后)放弃了专利·著作权垄断，通过契约保证公开与改进的自由，产生了新的共享制度。开源软件需求侧的经济价值估计约为8.8万亿美元(Hoffmann, Nagle & Zhou, 2024)。
    • 技术标准(USB、Wi-Fi、5G)将多家企业专利整合成一项标准，将标准必要专利按"公平、合理、非歧视性(FRAND)"条件许可给全体。这是同时实现垄断与普及的制度装置，其经济设计在理论上也得到了分析(Lerner & Tirole, 2015)。
    • 专利承诺(特斯拉电动汽车专利开放，2014年)是企业自愿宣布不行使专利权的新共享形态。与百慕大原则(人类基因组序列的即时公开)相同，这是"将竞争前阶段的知识基础变为共享地"的设计。
    • "共享"的单位从专利文献扩展至设计数据、源代码、训练模型的事实，也与研究的发展相平行(论文→数据·代码)。

这一共享制度历史创造的最大资产是跨越国界的发明共享地。与研究相同，它由规范和制度两个层面支撑。

  • 规范层:"公开者获益"的共同认识
    • 被设计为使公开而非保密成为理性选择的报酬(垄断权)，以及公开专利可供任何人阅读的公报，将发明者的行为规范从"隐瞒"反转为"公开"。
    • 公开的专利实际被阅读并用于后续发明，这已通过引用数据和调查得到确认。对纳米技术研究者的调查显示，64%阅读专利文献，大多数人从专利获得了有用的技术信息(Ouellette, 2012)。前述Ahmadpoor & Jones (2017)所示的引用链说明了公开发明作为下一发明的组件(前述的组合进化。Arthur, 2009)而发挥作用。
  • 制度层:国际共同基础
    • 《巴黎公约》(优先权·国民待遇)、PCT(程序统一)、TRIPS(最低基准)、IPC(共同分类语言。WIPO, IPC)使发明的共享成为跨越国界的可能。
    • 什么成为共享地、什么成为私有，这是开放·关闭战略的框架，适用于"出售的替代商品要关闭，促进使用的互补商品要开放"的方针。开源软件、技术标准、专利承诺都是通过开放互补商品侧面来培育生态系统的设计。
  • 规范和制度的当前课题
    • 在电子设备和软件中，一项产品往往涉及数千项专利，与权利人的谈判成本本身成为了发明的障碍(Shapiro, 2001)。交叉许可、专利池、技术标准为通过这片荆棘而发展出来。
    • 与研究的开放性重新谈判相同，出口管制·技术转移限制的加强正在分裂发明的共享地。
    • "发明者是否仅限自然人、AI生成的候选如何判定其进步性"等制度前提正遭到质疑。

发明的评价方法

学术期刊通过5项标准评价研究，专利局的审查也通过共同标准评价发明。全球主要制度中共同的标准归纳为以下5点。

  • 新颖性(novelty):在全球范围内未被公知(TRIPS协议第27条第1项; 35 U.S.C. §102)。与研究新颖性相同，要求"全球首创"。
  • 进步性/非显而易见性(inventive step / non-obviousness):对该领域的普通技术人员来说不显而易见的事项(35 U.S.C. §103; 欧洲专利条约第56条)。对应于研究的"创造性"
  • 产业适用性·实用性(industrial applicability / utility):能够实际制造和使用(TRIPS协议第27条第1款)。这是发明特有的标准，研究的5项标准中不包含此项
  • 可实施要件（enablement / sufficiency of disclosure）：指明细书的披露程度使得本领域技术人员能够阅读后进行复现（35 U.S.C. §112；欧洲专利条约第83条）。与研究的"可复现性""明确性"相对应，确保"以公开换取垄断权"这一交易中的公开方一侧的保障
  • 专利适格性(patentable subject matter):自然法则、抽象的观点、自然物本身不在保护范围内(35 U.S.C. §101; 欧洲专利条约第52条)。"发现不是发明"的制度化标准

就与研究查审的对应而言，新颖性·进步性接近查审的"新颖性·重要性"，实施可能性要求接近"健全性·明确性"，专利适格性接近"适合性"。根本差异是查审问"是否为真"，而审查问"是否可行(是否可实施)"。

然而，这种评价方法存在局限性。

  • 进步性是二值的，不衡量价值
    • 审查只判断"是否超过阈值"，而不对发明的价值或飞跃幅度进行阶段性评估。结果是专利的经济价值分布极其不均，少数专利占据全部价值的大部分，大多数几乎毫无价值(Scherer & Harhoff, 2000)。价值只能事后用被引用次数来近似(Trajtenberg, 1990)——这与研究的被引用结构相同
  • 审查官判断的差异
    • 专利审查的结果因审查官而异。根据美国专利局数据，经验年限较长的审查官倾向于批准更多专利，且引用的现有技术较少(Lemley & Sampat, 2012)。"同一发明因审查官不同而是否获得专利不同"这样的噪声在制度中结构性地存在
  • 专利制度不一定促进发明
    • 专利制度被说成是"通过授予垄断来促进发明"，但其是否真正促进是一个实证问题，答案取决于"具体领域和条件"
    • 没有专利的国家也产生了发明，但领域有偏差：通过分析19世纪万国博览会(1851年伦敦、1876年费城)的参展品，虽然没有专利法的瑞士、荷兰、丹麦也显示出高度的发明活动，但其发明集中在可通过保密保护的领域(化学、食品、科学仪器)，而容易被模仿的机械领域较少(Moser, 2005)。专利制度影响的是发明的"方向"而非"数量"
    • 过强的权利会减少后续发明：在人类基因组测序中，比较公共项目公开的基因与私营企业曾暂时用知识产权保护的基因，受保护的基因其后的科学研究和诊断产品开发减少了20~30%(Williams, 2013)。尽管保护只是临时性的(约2年)，其效果却长期存在。保护发明的权利可能阻碍以该发明为组件的后续发明(前述的组合式进化)
    • 专利不是"促进发明的万能装置"，更准确的理解是"使无法通过保密保护的发明得以公开，维持模仿成本低领域投资"的装置。考虑到发明只能建立在先行发明之上，权利强度存在最优点，过强会阻碍后续发明。专利制度内在地存在"本应促进发明的制度反而阻碍发明"的矛盾
  • 发明者认定
    • 审查要求"发明者"的确定。谁的贡献是创造性的(对构想的贡献)，谁只是单纯的工作(按指示实施)，这个属性问题与研究的作者顺序、CRediT相同，却作为法律权利问题而存在。发明者记载错误会导致专利本身无效。AI进入发明流程使这个属性问题成为制度需要重新协商的内容

发明的共享渠道类型

发明具有多种共享渠道。首先用共同的观点比较各渠道。

  • 审查：准确性的保证。由谁以及以多大力度检查内容
  • 速度：从发明完成到公开、可利用为止的时间
  • 成本：发明者承担的金钱和劳动成本
  • 可及性：以怎样的开放形式传达给谁
  • 保护强度：能在多大程度防止模仿(对应研究的"业绩评估"，是发明一方的报酬轴)
  • 保存性：可引用性。作为确定版本永久保存，后续发明能否参考

用这6个观点比较主要的6个渠道。

  • 专利公报
    • 审查：专利局进行审查(新颖性、进步性、可实施性要求)。最具体系的公开认证
    • 速度：缓慢(从申请到公开需18个月，权利确定还需数年)
    • 成本：申请、审查、维持费用高，按国家分别发生。在多个国家获得权利可达数千万日元规模
    • 可及性：向全世界免费公开。如前所述，也是人类最大的"发明设计图数据库"，64%的研究人员都读取专利(Ouellette, 2012)
    • 保护强度：法律独占(20年)。但实效性因产业而异(后述)
    • 保存性：作为公报永久保存，用专利号唯一引用
    • 例子：贝尔电话专利(美国专利174,465号，1876年)、莱特兄弟飞行机械专利(美国专利821,393号，1906年)、CRISPR-Cas9等。
  • 学术论文
    • 审查：有同行评审
    • 速度：数个月到数年
    • 成本：投稿免费至刊登费。但论文公开会使专利失去新颖性，要获得专利需先行申请(在许多法域内宽限期有限制)
    • 可及性：主要为学术界。若为开放获取则对所有人开放
    • 保护强度：无(公开瞬间任何人都可实施)。但优先权(荣誉)得以确保
    • 保存性：带DOI永久保存
    • 科学直系型发明(新方法、新装置)也作为论文发表。在专利和论文两者中公开的"配对出版"是大学发明的标准形式
    • 例子：晶体管由贝尔实验室在1948年6月申请专利，次月在《物理评论》杂志发表论文(Bardeen & Brattain, 1948)
  • 开源、公开设计
    • 审查：无(由社区事后评审)
    • 速度：即时
    • 成本：免费
    • 可及性：对所有人。6个渠道中最开放
    • 保护强度：放弃独占，改用许可证(GPL、Apache等)以合同形式保护"公开和改良自由"。最大化普及和改良速度
    • 保存性：在库中保存，但存在维护停止风险
    • 例子：Linux(1991年，GPL)始于个人业余投稿，如今占据全球大多数服务器、智能手机(经由Android)、超级计算机的操作系统。Apache HTTP服务器(1995年)长期主导网络服务器市场，Android(2008年，Apache 2.0许可)以公开设计为武器占据全球约7成智能手机操作系统。
  • 标准规格
    • 审查：由标准化组织(IEEE、3GPP、ISO等)进行技术审查和达成共识
    • 速度：缓慢(共识形成需数年)
    • 成本：标准化活动的参与成本大
    • 可及性：整个产业。一旦被规格采用，所有产品都会实装
    • 保护强度：规格必要专利需承担FRAND条款许可义务，无法独占，但可从整个产业获取许可费(Lerner & Tirole, 2015)
    • 保存性：作为规格文件永久保存
    • 例子：MP3是弗劳恩霍夫研究所的发明被采纳为ISO/IEC规格(1993年)。高通的CDMA技术被纳入3G及以后的移动规格。Wi-Fi(IEEE 802.11)中包含了澳大利亚政府研究机构CSIRO的基本专利。
  • 作为产品投入市场
    • 审查：无(由市场评估)
    • 速度：产品化速度本身
    • 成本：仅产品化成本。无需权利化成本
    • 可及性：仅限客户。技术信息原则上非公开
    • 保护强度：逆向工程前的先行期。可以分解了解原理的发明实质上成为公开
    • 保存性：无(技术仅存在于产品内)
    • 例子：iPhone(2007年)发售当日即被拆解，部件构成和设计思想数日内传遍世界。虽然申请了专利，但实质防御主要依靠先行期和辅助资产(品牌、App Store、零部件采购力)，Android阵营在1年多后追上。
  • 营业秘密(商业机密)
    • 审查：无
    • 速度：即时(什么都不做)
    • 成本：秘密管理成本(访问限制、合同)。TRIPS协议将"作为秘密管理"作为保护条件(TRIPS协议第39条)
    • 可及性：仅限公司内部
    • 保护强度：对泄露、独立发明、逆向工程无防备，但没有期限。可口可乐配方、Google搜索算法以这种形式被保护超过1世纪和四分之一世纪
    • 保存性：仅存在于组织记忆中，随人员离职而可能丧失(前述的"知识存在于人身上"。Azoulay et al., 2010)
    • 例子：可口可乐原液配方(1886年)未申请专利，作为无法通过成分分析复现的配合方保管在金库中，保护至今近140年。肯德基"11种草药和香料"(1940年)是让两个不同厂商分别制造配方的一半，全体配置不被任何人知晓而进行管理保护。

通过这6个观点看，渠道选择的本质与研究相同——都是权衡。

  • 保护强度与到达范围反比：法律独占强的渠道(专利)伴随公开，完全封闭的渠道(营业秘密)到达范围为零。开源和标准规格是放弃独占来换取到达范围和普及速度的选择
  • 审查强度与速度反比：公开认证强的渠道(专利、标准)越慢，快的渠道(开源、产品)的评估越是交由市场和社区
  • 实务上组合使用：用专利保护核心→用论文获得科学信用→用开源开放补充资产培育生态→用营业秘密封闭制法，这样的组合正逐渐成为标准形式。开放什么、封闭什么是前篇开放-封闭战略设计问题

此外，各领域重视的渠道不同。这可通过发明的性质与渠道特性(保护实效性、速度、相互依存性)的适配来解释。

  • 根据对美国制造业1,478个研究所的大规模调查，在许多产业中，企业作为产品发明的专有手段最重视的不是专利，而是保密和先发优势，专利最有效发挥作用仅限于医药、化学等个别产业(Cohen, Nelson & Walsh, 2000)。申请专利的目的也不仅是"防止模仿"，还包括防止他人申请专利(阻挡)、作为谈判材料、抑制诉讼、获得声誉等战略性用途占比重
  • 权利边界的明确性:医药是"1个分子=1项专利=1个产品"，权利边界清晰，专利具有决定性作用→专利公报是主要渠道。电子产品1个产品上重叠数千项专利(如前所述的丛林。Shapiro, 2001)，单项专利的防御力下降→交叉许可和标准规格是主要渠道
  • 模仿的容易程度:通过拆解产品就能了解制造方法的发明(机械、电子)无法通过保密保护→用专利保护(即使公开也能保护)。像制造工艺这样从外部看不见的发明(化学工艺、算法)一旦公开损失很大→用营业秘密保护。前述Moser (2005)所示的"没有专利制度的国家发明偏向于能用保密保护的领域"现象，是这种选择的历史实证
  • 领域变化速度:软件变化迅速，专利审查期间(数年)内技术就会过时→开源和快速上市是主要渠道。医药需要10多年才能开发，产品寿命也很长→20年的专利保护具有意义
  • 相互依存性:通信、电子产品等多个企业技术集合在1个产品上的领域，单独垄断无法使产品本身成立→标准规格和FRAND许可(Lerner & Tirole, 2015)成为唯一均衡

发明的活用

社会从发明中获得多少收益

  • 根据美国经济分析，创新产生的社会余剩中，发明者(企业)作为熊彼特式利润(超额利润)能够回收的仅约2.2%，其余约98%泄漏到消费者和后续生产者手中(Nordhaus, 2004)。电灯、抗生素、搜索引擎，其价值的大部分不是被发明者，而是被社会获得
  • 在研究中"创新投资1美元产生的社会效益平均超过5美元"(Jones & Summers, 2020)基础上，发明是难以私下回收，但从社会角度极其划算的活动。这就是专利(加强私下回收)和公共资金(直接购买社会效益)这两种制度并存的原因。仅靠其中一种都会导致投资不足(Nelson, 1959; Arrow, 1962)

发明如何在社会中扩散

发明在诞生时刻不会立即产生价值。它需要很长时间才能在社会中扩散(普及)，其速度的决定因素已经通过实证研究进行了探索。

  • 普及的S形曲线
    • 根据对美国中西部杂交玉米(杂交种玉米)按州的普及情况进行分析的经典研究，普及率与时间形成S形曲线，普及的开始时期和速度可以用该地区普及所带来的经济效益大小来解释(Griliches, 1957)。发明的普及不仅取决于技术的优劣，还取决于采用者的经济理性
    • 采用者按顺序从创新者→早期采用者→早期多数→晚期多数→滞后者扩散，普及速度由相对优势、与现有惯例的兼容性、复杂程度、可试验性和可观察性决定(Rogers, 2003)
  • 普及滞后期平均45年
    • 对15项主要技术(蒸汽船、铁路、电话、电力、个人电脑、互联网等)在166个国家的普及进行分析的研究表明，从发明到一国采用的滞后期平均为45年，而且滞后期因国而异差异很大。这种采用滞后期的差异解释了各国收入差距的约四分之一(Comin & Hobijn, 2010)。发明的价值在很大程度上由"是否采用过"取决于"采用的速度和广度有多大"
  • 加快和延缓普及的因素
    • 加快因素:对采用者的利益明确且巨大(Griliches, 1957)、与现有惯例和基础设施的兼容性、易于尝试和结果易于观察(Rogers, 2003)。杂交玉米普及很快是因为"同一块田地产量增加20%"这一利益是可观察的
    • 延缓因素:互补基础设施的缺失(电动汽车需要充电网，互联网需要通信网)、采用者的学习成本、现有资产和技能被破坏的能力破坏性(Tushman & Anderson, 1986)，以及制度和监管。各国采用滞后期的差异反映了这些因素的差异(Comin & Hobijn, 2010)
    • 在发明的设计阶段就考虑"与现有的东西如何联系"和"使用者必须放弃什么"的发明普及得更快。这与前述的建筑创新(Henderson & Clark, 1990)对现有企业不可见的原因相同，改变现有使用方式的发明对使用者来说也难以被接受

从企业的角度看，发明的活用分为以下4条路径。

从企业的角度看，发明的活用分为以下4条路径。

  • 将自有发明具体化为产品和工艺(内部利用)
    • 最直接的活用。产品发明成为新产品，流程发明转化为生产率提升，成为企业的收益。如前所述，流程发明的经济效应往往超过产品发明，福特的流水线将汽车价格在10年内降低为三分之一
    • 根据首次推算技术变化在经济增长中所占比例的经典研究，20世纪上半叶美国劳动生产率上升中，仅约八分之一可用资本积累解释，其余约八分之七由技术变化(发明及其普及)驱动(Solow, 1957)。企业层面的发明活用是经济整体增长的主要原因
    • 自有发明的具体化需要补充资产(制造、销售、维护)，不拥有这些的发明企业将依靠后述的路径(Teece, 1986)
  • 引进外部发明(技术市场、许可、并购)
    • 企业使用的发明大多不是自有发明。通过许可协议实施他人专利、收购拥有发明的初创企业、从大学获得技术转让，"发明市场(markets for technology)"已成为独立产业(Arora, Fosfuri & Gambardella, 2001)。该研究显示，在化学、制药、半导体等领域许可市场发达，"从事发明的企业"与"进行产品化的企业"的分工已经深化
    • 从初创企业的角度看，自主进入市场不如向现有企业许可或出售时的"合作"战略更合理的条件是：专有性(能用专利保护)强，现有企业的补充资产在产业中很重要(Gans & Stern, 2003)。制药大企业管道中相当一部分来自生物技术风险企业的引进品这一结构，完全符合这一理论
    • 人才收购或研究团队的流动是"发明能力寄存于人"(Azoulay et al., 2010; Zucker, Darby & Brewer, 1998)，因此这是引进发明者而非发明本身的路径
  • 将发明用于谈判和防御(专利组合)
    • 在许多产业中，专利不是用于"防止模仿"，而是用于防止他人获得专利、作为谈判筹码、遏制诉讼等战略用途(Cohen, Nelson & Walsh, 2000)
    • 在1980年代以后的美国半导体产业中，企业的研发支出持平，但专利申请大幅增加。这不是因为发明增加，而是在相互依存的多项专利的产业中，"专利的数量"决定了谈判力，各公司为交叉许可谈判积累防御性专利组合(Hall & Ziedonis, 2001)。在专利丛林(Shapiro, 2001)中，发明既是"使用的东西"，也成为"盾和货币"
  • 保持发现和吸收外部发明的能力(吸收能力和开放创新)
    • 吸收能力(Cohen & Levinthal, 1990)是发明活用的核心。只有自身从事发明的企业才能正确评估外部发明的价值，并将其转化为自身的语言
    • 从"在自有研究所进行发明、自行产品化"的纵向整合型，转变为"引进外部发明，同时将自有发明许可给外部"的"开放创新"型，许多产业已完成这一转变(Chesbrough, 2003)。前述企业研究所的衰退和专业化分工(Arora et al., 2020)是这一转变的供应端解释
    • 这也包括吸收使用者的发明。领先用户法(von Hippel, 1986; Lilien et al., 2002)是企业系统地发现和产品化"客户已经创造的发明"的方法

政府对发明的活用

对于调整整体经济的政府来说，发明具有"购买者"、"桥接者"、"引导者"和"使用者"的四个面向。

  • 政府作为买方(公共采购创造初期市场)
    • 新发明在通过规模生产降低成本之前价格高昂，民间市场无法形成。政府成为最初的大客户，从而使这个阶段得以跨越。集成电路在1960年代被美国防部和NASA大量采购(阿波罗制导计算机、民兵导弹)，价格跌落到民用产品可行的水平。喷气发动机、计算机、GPS接收机、太阳能电池都走过了同样的路径
    • 证据:接收到较多战时研发采购的地区和技术领域在战后数十年内发明活动持续增加(Gross & Sampat, 2023)。同时政府防衛研发并未挤出民间研发投资，反而引发(众筹进入)，提高了产业生产率(Moretti, Steinwender & Van Reenen, 2025)
  • ② 政府作为桥接者(跨越死亡谷)
    • 如前所述，从试制到市场投入阶段的民间投资不足。政府的小额研发补助(美国SBIR等)为这一阶段的发明提供"制造原型并排除技术风险"的资金
    • 证据:获得SBIR补助的初创企业后续获得风险投资的概率几乎翻倍，专利获得和销售收入也随之增加(Howell, 2017。后述工艺章节中有详细叙述)
  • 政府作为引导者(监管和价格决定发明方向)
    • 政府作为专利制度(Moser, 2005; Williams, 2013)和标准规格(Lerner & Tirole, 2015)的设计者，影响发明的方向和普及速度(见前述制度章节)
    • 除此之外，监管本身创造发明需求。排放监管产生了催化转换器，燃效监管产生了混合动力车，建筑规范产生了耐震技术。精心设计的环保监管可促使企业发明"满足监管要求的最便宜方法"，从而提高竞争力的论断(Porter & van der Linde, 1995)是政策争论的中心
    • 对美国1970〜94年能源相关专利的分析表明，能源价格上升会在数年的滞后期后导致该领域发明(专利)增加(Popp, 2002)。价格和监管是引导发明方向的强有力信号。
  • 政府作为使用者(对国家功能的实装和民间公开)
    • 政府本身是发明的大用户。防御、太空、气象观测、公共卫生、基础设施管理离开发明的实装无法成立
    • 政府将自身用途中开发实现的技术向民间开放，有时会成为最大规模的普及渠道。GPS在军事用途开发后，于1983年被允许民间使用，2000年精度限制被解除，成为支撑地图、物流、金融交易时刻同步的基础设施。互联网(ARPANET)、气象卫星数据也是相同的渠道。可以说这是前述转用(Gould & Vrba, 1982)在国家规模上发生的例子
  • 加速普及的政府（缩短采纳延滞）
    • 从发明到普及的平均45年延滞(Comin & Hobijn, 2010)会因国家制度和政策而大幅变化。正如农业推广员加快了杂交玉米的采纳(Griliches, 1957)那样，教育、补贴、基础设施建设、标准统一都是降低家计和企业采纳成本的政策手段

家计对发明的活用

作为最终消费主体的家计，既是发明所产生便益的最大受益者，也是决定发明普及速度的限速因素，同时也是自身进行发明的主体。

  • 便益的最终受益者
    • 如前所述，发明产生的社会剩余的约98%并非流向发明者，而是流向消费者和后续的生产者(Nordhaus, 2004)。其最终流向是家计
    • 以"每流明小时劳动时间"衡量照明发明史(兽脂蜡烛→煤气灯→白炽灯→荧光灯)，从19世纪初到20世纪末，光的实际价格下降了数千倍。通常的物价统计几乎无法捕捉这种改善，发明对家计生活水平的便益可能比官方统计大几个数量级(Nordhaus, 1997)
    • 洗衣机、冰箱、吸尘器等家电的普及大幅减少了家务劳动时间，已被实证为20世纪女性劳动参与率上升的主要因素(Greenwood, Seshadri & Yorukoglu, 2005)。发明的活用不仅改变家计的消费，还改变时间配置和社会结构
  • 作为普及限速因素的采纳行为
    • 发明是否能为社会创造价值取决于家计是否采纳它。普及按创新者→早期采纳者→大多数人→滞后者的顺序进行，其速度由相对优势、相容性、复杂性、可试用性、可观察性决定(Rogers, 2003)。正如杂交玉米的普及"从能观察到利润的农民开始"那样(Griliches, 1957)，家计的采纳受经济理性和学习成本支配
    • 能够快速使用新发明的家计与不能使用的家计之间的差异(数字鸿沟)使发明便益的分配产生偏差。正如前述"对发明的接触"研究(Bell et al., 2019)所显示的那样，家计的环境甚至左右下一代成为发明者的概率。家计既是发明的消费者，也是发明者的供应来源
  • 作为制造者的家计（用户创新）
    • 家计不仅是发明的接收者。根据英国代表性抽样调查，消费者中有6.1%(约290万人)在过去三年中自己制造或改良了自己使用的产品，其总支出超过了英国消费品制造商全体的产品开发研发支出(von Hippel, de Jong & Flowers, 2012)。山地自行车和风筝冲浪并非例外，从统计角度看家计是最大规模的发明主体之一
    • 但是家计的发明难以到达市场。制作者满足自身需求后就感到满足，既不进行权利化也不进行销售，因此不会向其他家计扩散，出现"普及的市场失灵"(von Hippel, 2005)。开源和共享社区是弥补这一失灵的制度
  • 课题（安全与检验）
    • 家计无法自行检验发明的质量。医药品、汽车、食品、金融产品的发明到达家计之前，存在监管部门的批准、安全标准、认证等检验层，当其失效时家计接收的是发明的风险而非便益。

总结而言，发明的活用可按以下方式按企业(生产)、政府(调整)、家计(消费)三个经济主体来整理：

  • 企业(生产)：通过内部使用、外部导入、谈判与防御、吸收能力四条路径将发明转化为产品和生产率，通过专有可能性和补充资产的设计来确保利益分配
  • 政府(调整)：作为购买者、桥接者、诱导者、使用者、普及促进者，创造民间单独无法产生的发明初期市场和方向，通过制度设计左右普及速度
  • 家计(消费)：是发明便益的最终受益者，通过采纳行为决定普及速度，自身也产生统计上不可忽视规模的发明

AI时代的发明

以之前的4个观点(对象、主体、制度、活用)与1对1对应，整理AI时代的变化。

AI时代发明的对象

在发明的4种行为(定义问题、选择原理、具体化、证明可运行)中，AI最深入的是"选择原理"和"具体化"。沿着5条路径来看：

  • 科学的直系（知识→发明的距离缩小）
    • AlphaFold(Jumper et al., 2021)公开了超2亿种蛋白质结构，直接加速了从基础知识到创药(发明)的转化。DeepMind在这一延伸上成立了创药企业(Isomorphic Labs)。这是"科学的直系"路径的纵向一体化，是对前述"大学从事科学、初创企业从事发明"分工(Arora et al., 2020)的1个组织内回溯尝试
    • 通过机器学习探索，发现了与现有抗生素结构完全不同的新型抗生素卤素素(halicin)(Stokes, J. M., et al., 2020)。这是初期论证，展示了能够挑选出训练数据"常识"之外的候选项，路径①(科学知识)和路径⑤(系统探索)在AI中融合
  • 新组合（组合探索的机械化）
    • 组合爆炸(Weitzman, 1998)对人类而言是诅咒，但对AI而言是资源。DeepMind的GNoME用深度学习预测了220万种新晶体结构，其中38万种被推定为热力学稳定。人类迄今发现的稳定晶体(约4.8万种)的数十倍一次被"候选化"了(Merchant et al., 2023)
    • 生成性设计(generative design)是AI探索部件形状、材料、拓扑的组合空间，输出人类想不到(但在力学上最优)的形状。在航空部件轻量化等方面已投入实用
    • 但AI也会大量产生"新颖但方向错误"的候选项(Si, Yang & Hashimoto, 2024)。哪种组合方向正确，Uzzi et al. (2013)的"常规+一点异质"的眼光仍有价值。GNoME的38万候选中真正被合成并拥有用途的只是极少数，筛选成为限速阶段
  • 需求的反向推算（问题的言语化成为发明的起点）
    • AI越降低解法方(解决方案信息)的成本，"准确定义困境所在的能力"(需求信息，如von Hippel (2005)所示粘着在使用者身上)就相对越成为稀缺资源。按前述4种行为而言，②③越便宜，①(问题的定义)的权重就越大
    • 前沿用户的知识(von Hippel, 1986)和现场的隐性知识(Azoulay et al., 2010所示的"宿于人身的知识")是最难进入AI训练数据的知识。发明的起点从"能出答案的人"变化为"能提出问题的人"
  • 偶然（塞翁失马工程化）
    • 自主实验室A-Lab在17天内无手工合成了41种新材料(Szymanski et al., 2023)。当"惊人的结果"供应变成无限时，瓶颈转移到选择追踪哪个惊喜。有准备的心(前述)的角色从"注意到"偶然转变为从无数偶然中"选择要追踪的"
  • 系统探索（闭环化）
    • 假设生成→实验设计→机器人执行→解释的循环由AI来进行(Boiko et al., 2023; Gottweis et al., 2025)。爱迪生的数千次、戴森的5,127台、哈伯的2,500催化剂都被以截然不同的速度和并行度机械化
    • 当试行成本下降数个数量级时，"如何设计探索空间""以什么判定成功"这样的探索元设计(TRIZ语言中称为矛盾的定式化)成为人工作的中心

AI时代的发明的主体

  • 两极化：研究中参与者的两极化(拥有计算资源的巨型组织和被AI能力扩张的个人)在发明世界也同步进行。GNoME或A-Lab级的探索集中于拥有计算资源和机器人设备的组织。另一方面，生成AI扩展了个人的设计、试制、实现能力，技能较低的制造者获益最大(Noy & Zhang, 2023)。对于用户发明者(von Hippel, 2005)而言，AI成为拥有需求信息但具体化能力不足的层级的最大助力
  • 分工的重编：前述"大学=科学、初创企业=发明、大企业=规模化"的分工(Arora et al., 2020)因AI降低科学→发明的转换成本而动摇。像Isomorphic Labs那样将科学和发明重新整合在1个组织中的动向，与用AI工具担当发明阶段的小型主体增加的动向同时进行
  • 发明团队内的分工：候选生成交给AI，人类负责问题定义和检验、判定。团队化的历史(Wuchty et al., 2007)进入"人类+AI"团队的新阶段。需要在发明团队的评价和专利发明者认定两方面记录CRediT类型的"谁(AI)承担了什么"
  • 接触的重新定义：成为发明者的概率由幼年期的接触决定(Bell et al., 2019)，那么对AI工具的早期接触左右下一代的"发明者供应"。如果接触差距缩小"失去的爱因斯坦们"会减少，如果差距扩大则以新形式重新生产

AI时代的发明的制度

  • 发明者可以是AI吗：关于将AI系统DABUS作为发明者进行专利申请，美国联邦巡回上诉法院判决"专利法上的发明者仅限自然人"(Thaler v. Vidal, 2022)。英国、EU当局也表示了同样的判断
  • 人类贡献的记录：另一方面USPTO于2024年发布指南，明确"AI辅助发明如果人类做出了重要贡献则可获得专利"，并要求记录人类的贡献(USPTO, 2024)。发明的来历(谁、AI承担了什么)成为制度的焦点
  • 进步性基准的移动：如果任何人都能用AI生成大量候选，"对本领域技术人员而言显而易见"的水准本身就上升。研究评审中"表面新颖性"价值暴跌的力学也作用于专利审查。反过来说，AI无法生成的发明类型(问题定义本身是新发明)的相对价值上升
  • 专有手段的转变：如果AI能解读专利文献并提出迂回设计，专利的专有效力下降，保密和领先时间(Cohen, Nelson & Walsh, 2000)，以及补充资产(Teece, 1986)的权重进一步增加。AI时代发明防护从"权利"转向"速度和资产"

AI时代的发明的活用

  • 候选供过于求：当候选物(新材料、新分子、新设计)的供应成倍增加时，价值的制约从"能否制造"转向"验证哪些候选、将哪些推向市场"。在GNoME的38万个稳定候选中，实际合成、验证和开发应用的数量决定了价值。
  • 普及滞后会缩短吗：如前所述，发明产生社会影响的滞后存在二重结构："科学→发明的转换"和"发明→普及采用"。AI缩短的是前者，而后者(平均45年。Comin & Hobijn, 2010)受制于制度、基础设施、人的学习和经济合理性(Griliches, 1957)。发明加速而普及不加速，就会堆积"已制造但未被使用的发明"。
  • 误发明的风险：看似合理但功能失效的"发明候选"可能污染市场、监管和投资决策。区分什么是经过验证的制度(标准、认证、临床试验、TRL)的价值，与研究领域的情况一样，反而会上升。
  • 收益分配结构不变：发明收益大部分向社会流失的结构(Nordhaus, 2004)会因AI使发明成本下降而强化。决定发明者收益份额的仍是专有性和互补资产(Teece, 1986)。AI时代的竞争优势从"能发明"转向"能验证和交付"。

总结来说，候选生成(原理选择、具体化、试行、惊喜供应)成本下降，价值集中于"解决什么问题"、"哪个候选可行"、"是否真正可行"、"如何交付给用户"的判断。

研究、发明、事业化的流程

最后，我们简明地将研究、发明、事业化整理为一个统一的流程。

  • 研究是"以可验证的形式为世界增加新知识"，验证的是真假。主要承担者是大学和研究机构，制度是同行评审和优先权，成果是论文。
  • 发明是"将知识转化为新的有用的人工物或方法"，验证的是是否可行。主要承担者是企业、初创公司和用户，制度是专利和保密，成果是原型和专利。
  • 事业化是"将可行的东西转化为客户持续购买的产品"，验证的是是否畅销。承担者是企业家，制度是市场和资本，成果是事业。
  • 三种验证是独立的。"真但不动"(原理正确但工程上不成熟：核聚变物理上为真但作为发明未完成)、"动但不卖"(技术完成但市场不存在：协和式客机、赛格威)、"卖但不真"(市场狂热但科学根据虚假：Theranos(一滴血显示健康状态的服务)展示了最坏的组合)。管道事故发生于跳过任何一种验证的时候。

结语

随着AI的快速进步，承担发明工作的初创公司的服务和组织方式面临重大变革。在可以大规模进行发明的时代，最为重要的是充分发挥人的智慧，准确把握社会真正需要的发明。

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    • 概要：将从在自有研究机构进行发明并自主商品化的纵向整合型向引入外部发明并将自有发明对外许可的"开放创新"型的转变进行了系统化的著作。
  • Christensen, C. M. (1997). The Innovator's Dilemma. Harvard Business School Press.
    • 概要：揭示了优秀企业难以适应破坏性创新的结构的经典著作。对发明价值无法用既有评估轴进行衡量的理论化。
  • Chu, J. S. G., & Evans, J. A. (2021). Slowed canonical progress in large fields of science. PNAS, 118(41), e2021636118.
    • 概要：分析了约9,000万篇论文和18亿条引用，发现论文数量众多的大型学科领域中经典论文趋于固化，新想法获得关注的机会减少的研究。学科规模对发明·发现速度产生限制的证据。 https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2021636118
  • Cockburn, I. M., Henderson, R., & Stern, S. (2019). The Impact of Artificial Intelligence on Innovation: An Exploratory Analysis. In A. Agrawal, J. Gans, & A. Goldfarb (Eds.), The Economics of Artificial Intelligence: An Agenda (pp. 115–146). University of Chicago Press.
    • 概要：将深度学习定位为通用技术，同时也是"发明方法的发明（invention of a method of inventing）"，论述AI将跨领域改变发明的核心工序的经济学基础分析。 https://www.nber.org/papers/w24449
  • Cohen, W. M., & Levinthal, D. A. (1990). Absorptive Capacity: A New Perspective on Learning and Innovation. Administrative Science Quarterly, 35(1), 128–152.
    • 概要：论述了企业对外部知识价值的认识、吸收和应用能力（吸收能力）作为自身R&D的附产品而形成的经典著作。"购买发明"也需要自身尝试进行发明的理论基础。 https://www.jstor.org/stable/2393553
  • Cohen, W. M., Nelson, R. R., & Walsh, J. P. (2000). Protecting Their Intellectual Assets: Appropriability Conditions and Why U.S. Manufacturing Firms Patent (or Not). NBER Working Paper 7552.
    • 概要：通过对美国制造业1,478家研究机构的调查，显示在许多产业中保密和首市优势被比专利更加重视作为发明的专有手段，专利仅在医药、化学等少数产业中有效的实证研究。 https://www.nber.org/papers/w7552
  • Comin, D., & Hobijn, B. (2010). An Exploration of Technology Diffusion. American Economic Review, 100(5), 2031–2059.
  • Dell'Acqua, F., McFowland, E., Mollick, E. R., Lifshitz-Assaf, H., Kellogg, K., Rajendran, S., Krayer, L., Candelon, F., & Lakhani, K. R. (2023). Navigating the Jagged Technological Frontier: Field Experimental Evidence of the Effects of AI on Knowledge Worker Productivity and Quality. Harvard Business School Working Paper 24-013.
    • 概要：对758名顾问进行的实地实验显示，在AI能力范围内任务数增加12.2%、速度提升25.1%、质量提升40%，超出范围时正确率下降19个百分点，表明AI的擅长和不擅长领域边界呈"锯齿状"的研究。 https://www.hbs.edu/faculty/Pages/item.aspx?num=64700
  • Doshi, A. R., & Hauser, O. P. (2024). Generative AI enhances individual creativity but reduces the collective diversity of novel content. Science Advances, 10(28), eadn5290.
    • 概要：向作家提供AI创意的实验显示，个人（特别是创意性较低的写手）的作品评价上升，但作品之间趋于相似，集团多样性下降的研究。显示AI对个人和集团产生相反影响的证据。 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn5290
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    • 概要：以专利保护可能性和互补资产解释了拥有发明的初创企业与既有企业"竞争还是协调（许可、出售）"的理论。
  • Gottweis, J., et al. (2025). Towards an AI co-scientist. arXiv:2502.18864.
    • 概要：报告了谷歌多智能体AI对未解决问题自主提出与实验结果一致的机制假说的情况。假说生成机械化的初期演示。 https://arxiv.org/abs/2502.18864
  • Gould, S. J., & Vrba, E. S. (1982). Exaptation—a missing term in the science of form. Paleobiology, 8(1), 4–15.
    • 概要：对为其他目的而进化的性状被转用于新功能的"外适应（exaptation）"进行了系统化的进化生物学经典著作。技术转用概念的理论源头。 https://doi.org/10.1017/S0094837300004310
  • Greenwood, J., Seshadri, A., & Yorukoglu, M. (2005). Engines of Liberation. Review of Economic Studies, 72(1), 109–133.
    • 概要：显示了家电（洗衣机、冰箱等）的普及减少了家务劳动时间，是20世纪女性劳动参与率上升的主要因素的实证研究。发明的应用改变了家庭时间配置和社会结构的证据。 https://doi.org/10.1111/0034-6527.00326
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    • 概要：分析了美国半导体产业中R&D支出持平而专利申请急增的现象，显示在相互依存强的行业中专利被作为交叉许可谈判的"筹码"而积累的研究。 https://www.jstor.org/stable/2696400
  • Hao, Q., Xu, F., Li, Y., & Evans, J. (2024). AI Expands Scientists' Impact but Contracts Science's Focus. arXiv:2412.07727.
    • 概要：分析了自然科学的4,130万篇论文，显示使用AI的研究人员论文数增加3.02倍、被引用次数增加4.84倍、成为领袖用时缩短1.37年，但科学整体的主题多样性下降4.63%、研究人员间的参与度下降22%的研究。 https://arxiv.org/abs/2412.07727
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    • 概要：从IDEO公司的民族志研究显示，发明力的源泉在于跨行业传递解决方案的"技术中介"的研究。类比转移组织化的证据。
  • Hatchuel, A., & Weil, B. (2009). C-K design theory: an advanced formulation. Research in Engineering Design, 19, 181–192.
    • 概要：将设计、发明形式化为"概念空间和知识空间的往复"的C-K理论的系统化论文。
  • Henderson, R. M., & Clark, K. B. (1990). Architectural Innovation: The Reconfiguration of Existing Product Technologies and the Failure of Established Firms. Administrative Science Quarterly, 35(1), 9–30.
    • 概要：以半导体光刻装置产业的事例显示，零部件相同但结合结构改变的"架构创新"导致既有企业衰落的经典著作。
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    • 概要：细菌免疫机制的基础研究发现直接导向基因组编辑技术CRISPR-Cas9的发明，是"科学的直系"的代表案例。
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    • 概要：将蛋白质三维结构预测提升到实用水平，加速了从基础知识到发明（药物开发）的转换，成为公开基础设施。诺贝尔化学奖得奖课题。
  • Kaltenberg, M., Jaffe, A. B., & Lachman, M. E. (2023). Invention and the life course: Age differences in patenting. Research Policy, 52(1), 104629.
  • Kauffman, S. (2000). Investigations. Oxford University Press.
    • 概要：将"邻近可能性(adjacent possible)"系统化——系统只能开启现状相邻的可能性——这一理论框架用于解释同时多地发明现象。
  • Kelly, B., Papanikolaou, D., Seru, A., & Taddy, M. (2021). Measuring Technological Innovation over the Long Run. American Economic Review: Insights, 3(3), 303–320.
    • 概要：分析1840年后的美国专利全文，建立了检测"不似过去、似似未来"的文献作为革命性发明的方法，展示了1880年代、1920-30年代、1960-70年代和1990-2000年代的发明浪潮。https://www.aeaweb.org/articles?id=10.1257/aeri.20190499
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    • 概要：分析美国生物医学专利44万件的研究表明，仅由女性组成的团队的专利中与女性健康相关的发明比例高35%，若女性享有等同的专利机会，将增加约6,500件发明。这是发明者构成决定发明方向的证据。https://www.science.org/doi/10.1126/science.aba6990
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    • 概要：使用美国专利局审查官数据的研究表明，经验丰富的审查官更倾向于批准专利且引用的先行技术较少，实证了审查结果因审查官而异的随机性。https://direct.mit.edu/rest/article/94/3/817/58098
  • Lerner, J., & Tirole, J. (2015). Standard-Essential Patents. Journal of Political Economy, 123(3), 547–586.
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    • 概要：27年数据的实证研究表明，美国国立卫生研究院（NIH）的资助中约30%产生了后来被民间专利引用的论文，提供了从科学到发明的路径和时间差的证据。https://www.science.org/doi/10.1126/science.aal0010
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    • 概要：分析2000万篇论文和400万件专利申请的研究表明，地理位置分散的团队一贯表现出较低的突破性成果概率，概念化工作（创意和设计）偏向于同地点团队。https://www.nature.com/articles/s41586-023-06767-1
  • Macher, J. T., Rutzer, C., & Weder, R. (2023). The Illusive Slump of Disruptive Patents. arXiv:2306.10774.
    • 概要：重新分析指出，当修正引用增加对CD指数的机械性压低产生的测量偏差后，破坏性专利比例并无长期下降趋势。这是对Park等人（2023）的主要反驳。https://arxiv.org/abs/2306.10774
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    • 概要：以"每流明劳动小时数"测量照明发明史，表明光的实际价格在两个世纪内下降了数千分之一，讨论了发明对家庭的福利可能比官方统计数字大若干数量级的可能性。https://www.nber.org/chapters/c6064
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    • 概要：将演绎、归纳、溯因法正式化的经典著作。巧合=溯因法是本文整理的基础。
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    • 概要：使用大型语言模型生成程序并由评估器演化的方法(FunSearch)，在上限集合问题中发现超过已知最佳构成的构成，以及装箱的新启发式方法的研究。AI进行数学发明的初期案例。 https://www.nature.com/articles/s41586-023-06924-6
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    • 概要：盲检实验显示LLM的想法被评为比人类更新颖，但实现可行性较低的研究。候选生成和甄别前景非对称性的证据。 https://arxiv.org/abs/2409.04109
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  • Stokes, D. E. (1997). Pasteur's Quadrant: Basic Science and Technological Innovation. Brookings Institution Press.
    • 概要：用"理解的追求"与"实用的认识"两轴将研究分为4象限的经典著作。科学直系型发明的理论背景。
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    • 概要：报告了分担角色的多个AI智能体进行研究会议、人类仅提示方针的"虚拟实验室"设计了与新变异株结合的纳米体92种，并在实验中确认了结合的研究。发明闭环化的实证。 https://www.nature.com/articles/s41586-025-09442-9
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    • 摘要：研究通过深度学习扫描1,200万化合物，以人类可读的形式提取判断依据，发现了对MRSA有效的结构上全新的抗生素类别。可解释AI进行创新的范例。 https://www.nature.com/articles/s41586-023-06887-8
  • Wu, L., Wang, D., & Evans, J. A. (2019). Large teams develop and small teams disrupt science and technology. Nature, 566, 378–382.
    • 摘要：分析6,500万篇论文、专利和软件，研究表明大型团队倾向于进行"发展"型成果(延伸现有分支)，小型团队倾向于进行"破坏"型成果(使现有技术过时)，这一趋势在不同领域和时代保持一致。 https://www.nature.com/articles/s41586-019-0941-9
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法律、条约和判例

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    • 摘要：成为世界专利制度的共同基础的协议。第27条规定"无论是物还是方法"都应作为专利对象的义务，第28条规定物的专利和方法专利的权利行为范围不同，第31条(l)规定从属专利的调整，第33条规定20年的保护期，第39条规定营业秘密(未公开信息)的保护。 https://www.wto.org/english/docs_e/legal_e/27-trips_04c_e.htm
  • 35 U.S.C. §101 (Inventions patentable), §102 (Novelty), §103 (Non-obvious subject matter), §112 (Specification). United States Code, Title 35.
    • 摘要：美国专利法。第101条以工艺、机器、制品、物质组成四个类别定义专利对象，第102条规定新颖性，第103条规定非显而易见性(创造性高度)，第112条规定实施可能要件(相关技术人员能够重现的公开)。 https://www.law.cornell.edu/uscode/text/35/101
  • European Patent Convention (EPC), Article 52 (Patentable inventions), Article 56 (Inventive step), Article 83 (Disclosure of the invention).
  • WIPO. International Patent Classification (IPC).
  • WIPO. Utility Models.
  • Thaler v. Vidal, 43 F.4th 1207 (Fed. Cir. 2022).
    • 摘要：关于将AI系统DABUS作为发明人的专利申请，美国联邦巡回上诉法院判决"专利法下的发明人限于自然人"。
  • Boyden Power-Brake Co. v. Westinghouse, 170 U.S. 537 (1898).
    • 摘要：美国联邦最高法院定义了"开创性发明"(首次实现以前未知的功能，或展现了相对于现有技术的显著进步的发明)，成为认可广泛权利范围的法理基础的判决。
  • Thaler v Comptroller-General of Patents, Designs and Trade Marks [2023] UKSC 49.

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