今天的創新也許已經不一樣了，但不變的是依然生機盎然。以下是塑造了現代世界的15項專利。

1、磁懸浮（磁懸浮列車）

專利名稱：“地面車輛的電磁感應懸浮與穩定系統”

磁懸浮列車的故事始于Eric Laithwaite和他的全尺寸線性感應電動機上面的工作。發明者意識到不需要跟鐵軌接觸的直線電機可以用來開發一套基于磁場的交通系統。Laithwaite測試了可利用磁場實現向上和向前推力的線型感應電機。

Laithwaite的工作受到了廣泛研究，1967年，布魯克黑文國家實驗室的James Powell和Gordon Danby拿到了磁懸浮列車的第一份專利。他們的設計是想利用超導電磁鐵來產生“懸浮力，讓列車漂浮在地面上，”并且用“推進器、氣流或者火箭”獲得推力。

當Laithwaite線性感應電機的工作跟Powell與Danby的漂浮火車設計結合到一起時，第一輛商用磁懸浮列車就誕生了。1995年，英國開放了一條磁懸浮穿梭線路，德國人后來建造和測試了若干原型最后做出了Transrapid（磁懸浮列車）。上海的一輛由德國開發的磁懸浮列車是在運行的最快的商用列車，最高運營速度達到了270邁（435公里/小時），而日本的L0系列磁懸浮列車原型以375邁（603公里/小時）的速度創造了速度記錄。在將來，超級高鐵系統可以利用類似的技術在真空蜜蜂管內讓客艙漂浮起來并對其進行加速，其最高時速有可能達到750邁（1207公里/小時）。

2、iPhone手機

專利名稱：“電子設備”

這個21世紀標志性設備的專利幾乎告訴了你有關它的一切。總體來看，蘋果的為原創iPhone申請的專利只是把它叫做“電子設備”，只是說這是“一種電子設備的裝飾設計，參見圖示和描述。”文檔然后標記了該“電子設備”的8個數字，只是告訴你它是從哪個方向顯示的，然后再引用相關專利和文檔。

盡管iPhone不是第一款智能手機也不是第一款連接上互聯網的手機，但它的基本設計成功變革了很多人每天都要使用的設備的外觀和功能。iPhone更像是手持計算機而不是電話，它以及“電子設備”的后續改進已經影響了人類溝通、瀏覽甚至思考的方式。

3、機動化的外骨骼

專利名稱：“運動輔助裝置與手段”

外骨骼有著很長的歷史，可以追溯到1890年由Nicholas Yagin發明的“促進走路的裝置”。非機動的外骨骼用壓縮氣體存儲能量并幫助運動。

在1960年代，美國軍方推出了一個帶動力的外骨骼項目叫做Hardiman，由通用電氣開發。這個大型的機械套裝旨在放大士兵的力量以便能舉起1500磅的重量，但是滿功率的時候外骨骼會受到猛烈的不受控運動之苦，所以從未在人類身上測試過。

技術不斷改進，各種公司都對外骨骼進行投資，目的是想幫助不同程度麻痹癥患者或者輔助工人的現場工作。持有這項2014年有動力外骨骼專利的ReWalk，開發了一種用于康復中心的外骨骼，可以讓患有下肢癱瘓的病人學會坐、立、走甚至爬樓梯。MIT和歐洲太空總署也在設計類似裝置。未來的建筑工人、士兵，甚至宇航員都有可能用上外骨骼套裝。

4、四軸無人機

專利名稱：“全向直升式無人直升機”

今天在公園上空嗡嗡作響，對飛機造成干擾的四軸無人機其實早在1962年就申請了專利。Piasecki Aircraft Corporation的工程師Edward G. Vanderlip最先設計了讓直升機儀器在動力失效的情況下仍能繼續工作的手段。

Vanderlip然后產生了將飛行員友好飛行系統吸收進遠程遙控的螺旋槳飛行器的想法。他的“全向、直升式直升無人機”大概描述了一個飛行“極其簡單”的UAV。該無人機設計有“4個成對安排在對端的升力旋翼”所以俯仰的垂直軸總是垂直于地面的。這使得飛行器可以傾斜旋翼以任意方向飛行同時還能保持水平平臺。

等到飛行控制以及諸如相機和GPS導航等電子系統跟進了Vanderlip的想法，四軸無人機終于可以成群結隊地在藍天上翱翔了。

5、3D打印機

專利名稱：“通過立體平版印刷制作3維物體的裝置”

1986年頒布的這項3D打印機專利領先于它的時代。文檔概述了大多數3D打印機使用的基本技術：立體平版印刷，或者樹脂的光固化。一個活動平臺接受計算機的輸入然后將基座放置在一個噴嘴下方。噴嘴的液體樹脂一層層地形成物體，再由紫外光來固化。

隨著計算技術的進步，3D打印的真正價值變得很明顯。有了像激光金屬燒結這樣的金屬印刷方法，制造商現在開始印刷諸如橋梁及火箭發動機這樣雄心勃勃的建筑物。

6、仿生眼球

專利名稱：“視網膜假體及制造視網膜假體的方法”

為盲人恢復視力的第一次嘗試是在1968年，當時G. S. Brindley和W. S. Lewin兩位醫生給一位52歲的病人手術植入了一個設備。這個電子設備不是植入到病人的眼睛里面，而是他大腦的視神經葉上。通過模擬大腦的神經元，醫生讓病人能看到他一半視野內的光點。

今天，由于有了小很多的電子器件，視力恢復設備已經可以直接植入到視網膜里面，就像2013年的這項專利所描述那樣。往往安裝到太陽鏡上的攝像頭被用于捕捉周圍區域的數據然后發送信號給視網膜植入物，后者再刺激眼球中的光感受器。完全失明的病人可以使用這一技術愛恢復部分視力，包括可以看清形狀和光的能力。隨著電極不斷縮小，使得更特殊的光感受器受到刺激，這項技術只會變得越來越好。

7、全球定位系統

專利名稱：“利用衛星和被動測距技術的導航系統”

GPS衛星是由美國海軍發明的，今天則是由美國空軍運營。Roger L. Easton是全球定位系統的幕后策劃者，1950年代為美國海軍研究實驗室開發了跟蹤在軌美國衛星以及隨后的蘇聯衛星的技術。1959年，Easton開發了海軍太空監視系統——這是跟蹤美國上空所有在軌對象的第一張雷達網絡。

在隨后的幾十年里，Easton改變了技術方向，換成從太空跟蹤地面對象。這項1974年授予他的專利描述了通過衛星導航的方法。像TIMATION I和II這樣的行動發射的高精度時鐘改善了這項技術，并且修正了狹義相對論導致的錯誤。1977年，Navigation Technology Satellite 2發送了第一條GPS數據。

這項技術在好幾年的時間內僅限于軍用，在第一次海灣戰爭（有時候也被稱為“第一次太空戰”）中，美國利用GPS衛星在科威特和伊拉克沙漠中導航。1995年，GPS實現了24顆衛星的全面運轉，今天，Google Maps幾乎從來都不會失去衛星連接。

8、CRISPR基因編輯

專利名稱：“用于改變基因產物表達的CRISPR-Cas系統和方法”

CRISPR-Cas9是加州大學伯克利分校開發的一種基因編輯工具，用于修改單細胞的生物體。這項技術隨后又被哈佛大學和MIT合作的非盈利組織Broad Institute（布羅德研究所）改進，用到了多細胞生物體上，就像這項2014年的專利所概述那樣。今天，CRISPR被用于修改作物和家畜，以及治療患白血病等疾病的人類病人。

CRISPR-Cas9分為3個部分：定位生物體DNA正確片段的RNA鏈，切斷該DNA片段的Cas9酶，以及替換被刪除片段的可選DNA鏈。

CRISPR可被注入到胚胎內或者引入到免疫系統細胞等細胞內然后再給病人注射。基因工程的可能性剛剛開始成形，治療各種疾病的藥物和手段正在慢慢浮出水面。

9、大腦植入物

專利名稱：“3維電極設備”

十九世紀末，醫生意識到大腦電刺激會導致人類和動物發生身體運動。在20世紀，大腦刺激實驗成功地改變了病人的情緒和行為。

猶他大學 1993年的這項專利概括所謂的“猶他陣列（Utah Array）”，并在隨后的一項專利中描述為“用許多金屬針跟大腦接觸用于偵測電信號或者傳輸信號給大腦的可植入集成裝置。”

從此以后，大腦植入物已經發展到可以移動機械假肢器官或者通過思考在計算機輸入文字的程度。在未來，像神經織網這樣覆蓋大量神經元的的技術可用于讓人通過思想與計算機交互。

10、石墨烯

專利名稱：“納米級石墨烯板”

我們可能正在步入石墨烯時代。這種由碳分子通過蜂窩結構排列出來的二維復合材料出奇的輕，當時強度卻被類似厚度的鋼高200多倍，并且有著很強的耐熱性和導電性。這些屬性使得石墨烯和類似的碳復合材料非常適合于計算機芯片、機翼以及眾多其他應用。

石墨烯由大塊石墨制成，后面的這玩意兒你可以在鉛筆上找到。然而，將只有一個原子厚度的一層碳分子隔離出來是極其具有挑戰性的。直到2004年才由曼徹斯特大學的Andre Geim和Konstantin Novoselov利用膠帶，也就是所謂的“透明膠帶法”提煉出一層原子厚度的石墨烯晶體。“因為二維材料石墨烯的突破性實驗”，這項工作在2010年為他們贏得了諾貝爾物理獎。 后續又發明看新的創新性的析取材料方法，比如2006年的這項專利就是利用片狀剝落技術創造石墨烯。

11、藍牙

專利名稱：“移動通信設備的點對點交換”

1994年Jaap Haartsen發明了藍牙，使得臨近的電子設備能夠利用低功耗、超高頻的無線電波相互連接。Haartsen構思了多份與藍牙相關的專利，但后來被陷入到法律訴訟和專利陷阱里面。這份2013年的專利描述了這項技術如何可以用于傳輸GPS數據。

該系統利用植入到設備內的小型計算機芯片充當迷你無線電廣播設備，并且運行互連所需的軟件。設備通過所謂的piconet（微微網）短距網絡“配對”。這項技術幾乎被用于當今所有的手持設備上，包括耳機、相機以及智能恒溫器等。

12、無人車

專利名稱：“自主駕駛車輛的視覺系統”

無人車的歷史幾乎要追溯到100年前。1925年，Houdina Radio Control通過用后面一輛車的無線電信號操縱一輛無人駕駛的1926 Chandler成功地在車水馬龍的曼哈頓地區行駛。70年后，卡內基梅隆大學的Navlab項目“橫穿美國（No Hands Across America）”在一輛半自動汽車內橫穿了美國3100英里，其中司機的動作只有踩油門和剎車，而方向是自動控制的。

無人車技術的相關專利現在已經好幾百項了，但突破障礙的是一家叫做VisLab的意大利機器視覺公司。2013年7月，VisLab的汽車BRAiVE成功地在意大利帕爾馬市中心有雙向車道的街道、人行橫道、交通燈、環島等障礙的環境下實現自動駕駛。該公司獲得的無人車技術第一項專利是由攝像頭和傳感器系統獲取車輛周圍環境信息，然后輸入命令給計算機。

今天，許多大型技術公司和汽車公司都在開發無人車，比如Google、Amazon和Tesla等。一些人預測無人車將會取代城市的傳統公交系統以及常規汽車，改變都市交通，讓后者成為一個互聯汽車網絡，從而有效的消除交通擁堵。

13、太陽電池板

專利名稱：“利用太陽輻射能的裝置”

在19世紀初，法國物理學家Edmund Bequerel發現，特定材料暴露在光線下時能夠產生微弱電流：這就是光電效應。1839年，他通過將放在酸溶液中的氯化銀連接到鉑電極而創造出第一塊光電池。

大概50年后，美國的第一項太陽能電池專利被授予Edward Weston。這項專利描述了一種 “熱電元件”，它有兩塊“異種金屬”體，它們的一端相連，其余部分絕緣，從而在曝光下“導致在一條電路內產生電流”。Weston甚至還很有預見地勾勒出了一套儲能系統，“在有光照期間積蓄下來的能量可以在晚上或者多云天氣下利用”，一針見血地指出了當今大規模太陽能面臨的主要挑戰。

太陽能面板的技術在幾十年內不斷得到改進，今天它們主要是用硅來制作的。1958年，Vanguard 1衛星成為了第一個利用太陽能面板的航天器，這促進了這一技術的流行。目前，全球最大的太陽能發電廠是印度的Kamuthi Solar Power Project，該項目占地約3.9平方英里，裝機容量將近650兆瓦。

14、（3G）第三代無線移動通信

專利名稱：“移動互聯網接入”

第一代無線移動通信技術讓模擬無線手機成為可能。第二代則支持了數字手機。但是改變了我們每天都隨身攜帶的設備的卻是3G，或者通用移動通信系統（UMTS）。

就像2003年的這項專利概括那樣，3G將手機接入GPS和互聯網。它使得在手持設備上提供視頻通話和流媒體服務成為可能。10年后4G對該網絡的改進繼續變革了你的手機，將其變成錢包、個人助理以及娛樂設備。

15、虛擬現實

專利名稱：“顯示抽象信息的虛擬現實生成器”

設想的第一臺VR頭戴設備其實不是用來玩視頻游戲或者看體育節目，而是用來幫助用戶分析財務數據的。這項2000年授予發明者Paul Marshall的“虛擬現實生成器”專利描述了一個計算機生成的世界，在這個世界里用戶可以通過“使用軌跡球或者空間球，電子數據手套，磁頭定位跟蹤器、鍵盤、游戲桿或者方向盤這樣的控制設備”來導航。

Paul Marshall后來繼續對這些技術進行攻關，以便創建一個“三維的信息版圖”，但他的目的仍然是想幫助“理財經理或者金融分析師”篩選數據。這項技術后來一直處在研究領域，直到2016年Oculus Rift推出了他們娛樂用途的頭戴設備，很快HTC也跟進了。其他的虛擬現實系統，比如三星VR和Google Cardboard等，則是利用智能手機來展示這個計算機世界。而微軟HoloLens等增強現實設備，未來可以通過將數據疊加到現實世界來幫助從建筑工人到科學家的每個人。

羅馬不是一天建成的。一項技術從研發到實現大規模商用，到改變世界，往往需要經年累月，甚至幾代探索者不斷開拓、承前啟后的辛勤付出。