اختصاصی ثریا- در دهه‌های اولیه قرن بیستم، مجموعه‌ای از فناوری‌ها شروع به تغییر زندگی روزمره با سرعت و وسعت ظاهراً بی‌سابقه‌ای کرد. در این عصر مصرف کنندگان می توانند از خودروهای مقرون به صرفه استفاده کنند. خدمات تلفنی راه دور، شهرها را به هم متصل کرد. برق و پخش رادیویی وارد خانه ها شد. روش های جدید برای ساخت کود مصنوعی انقلابی را در کشاورزی به همراه داشت. و در افق، هواپیماها نوید یک تحول اساسی در سفر و تجارت را می دادند. همانطور که توماس پی. هیوز، مورخ فناوری خاطرنشان کرد: «مخترعان بسیار پرکار اواخر قرن نوزدهم، مانند [توماس] ادیسون، ما را متقاعد کردند که در آفرینش دوم جهان نقش داشته‌ایم.» در دهه 1920، این جهان - کاربردی تر، پیچیده تر و راحت تر - به وجود آمد.

شخصیت‌های عمومی مانند ادیسون یا مثلا هنری فورد اغلب به عنوان مخترع توصیف می‌شوند. اما واژه‌ای متفاوت، واژه‌ای که در حدود دهه 1950 مطرح شد، در توصیف ایده‌های فن‌آوری که راه را برای زندگی مدرن می‌سازد مناسب‌تر به نظر می‌رسد: نوآوری. در حالی که ریشه آن به حدود 500 سال قبل برمی گردد (در ابتدا برای توصیف یک ایده جدید قانونی و سپس مذهبی استفاده می شد)، محبوبیت این کلمه یک پدیده پس از جنگ جهانی دوم بود. به گفته مورخ علم فقید بنوا گودین، افزایش این اصطلاح احتمالاً مدیون جوزف شومپیتر، اقتصاددان اتریشی-آمریکایی است.

شومپیتر در نوشته‌های آکادمیک خود استدلال کرد که اقتصادهای پر جنب و جوش توسط نوآورانی هدایت می‌شوند که کارشان جایگزین محصولات یا فرآیندهای موجود شده است. شومپیتر در سال 1911 نوشت: «نوآوری، معرفی بازار یک نوآوری فنی یا سازمانی است، نه فقط اختراع آن». برای مثال، اختراعی مانند فرآیند فریتز هابر برای ساخت کود مصنوعی، که در سال 1909 توسعه یافت، گامی چشمگیر به جلو بود. با این حال، آنچه کشاورزی جهانی را تغییر داد، تلاش صنعتی گسترده برای تبدیل آن اختراع به یک نوآوری بود - یعنی جایگزینی یک فناوری محبوب با چیزی بهتر و ارزان‌تر در مقیاس ملی یا جهانی. در دوران اواسط قرن، یکی از قهرمانان برجسته قابلیت‌های نوآوری آمریکا، وانوار بوش، دانشگاه MIT بود. در سال 1945، بوش بر روی یک گزارش برجسته کار کرد - با عنوان معروف "علم، مرز بی پایان" . این گزارش از نقش فدرال بزرگ در تأمین مالی تحقیقات علمی حمایت می کرد. اگرچه بوش در واقع از کلمه نوآوری در گزارش استفاده نکرد، اما مانیفست او هدفی را برای نهاد علمی و صنعتی ایالات متحده ارائه کرد: چشم اندازهای نوآورانه بزرگی در پیش است، به ویژه در الکترونیک، هوانوردی و شیمی و ایجاد این آینده به توسعه منبعی از بینش های علمی جدید بستگی دارد.

در ادامه بخوانید: کشف قند در زیر دریا دانشمندان را متعجب کرد

اگر چه نوآوری به گنجینه ای غنی از اکتشافات و اختراعات بستگی داشت، فرآیند نوآوری اغلب، هم در ماهیت و هم از نظر پیچیدگی، با آنچه در آزمایشگاه های علمی رخ می داد، متفاوت بود. یک نوآوری اغلب به تیم های بزرگتر و تخصص بین رشته ای بیشتری نسبت به یک اختراع نیاز دارد. از آنجایی که این تلاشی بود که تحقیقات علمی را به فرصت های بازار مرتبط می کرد، به همین ترتیب هدف آن این بود که هم مقیاس و هم تأثیری در سطح جامعه داشته باشد. همانطور که رادیو، تلفن و هواپیما ثابت کرده بودند، پذیرش گسترده یک محصول نوآورانه، عصر تغییرات تکنولوژیکی و اجتماعی را آغاز کرد.

در ادامه بخوانید: کشف عجیب درباره آب موجود در ماه

هدف شرکت‌های بزرگی مانند جنرال الکتریک یا امریکن تلفون اند تلگراف، که در آن زمان انحصار تلفن ملی بود، «در مقیاس» کردن اختراعات در بازارهای بزرگ بود. در واقع، در آزمایشگاه های بل، که به عنوان بازوی تحقیق و توسعه AT&T خدمت می کرد، مهندس با استعدادی به نام جک مورتون شروع به فکر کردن به نوآوری به عنوان "نه فقط کشف پدیده های جدید، نه توسعه یک محصول یا تکنیک ساخت جدید، و نه ایجاد یک بازار جدید در عوض، فرآیند این است که همه این چیزها با هم به روشی یکپارچه در جهت یک هدف صنعتی مشترک عمل می کنند. مورتون کار سختی داشت. سوابق تاریخی حاکی از آن است که او اولین کسی در جهان است که از او خواسته شد بفهمد که چگونه ترانزیستور را که در دسامبر 1947 کشف شد، از یک اختراع به یک نوآوری تولید انبوه تبدیل کند. او انرژی فوق‌العاده‌ای را برای تعیین تکلیف خود گذاشت - شغلی که در اصل بر حرکت فراتر از لحظات اورکای علم و سوق دادن فناوری‌های قرن به مناطق جدید و ناشناخته متمرکز بود.

از اختراع تا نوآوری

در دهه 1940، مدل وانوار بوش برای نوآوری چیزی بود که اکنون به عنوان "خطی" شناخته می شود. او سرچشمه ایده‌های علمی جدید، یا آنچه را که «علم پایه» می‌نامید، در نهایت در جهتی عملی‌تر به سوی آنچه که او «تحقیق کاربردی» می‌دانست، می‌دید. با گذشت زمان، این ایده های علمی کاربردی - اساساً اختراعات - می توانند به سمت محصولات یا فرآیندهای مهندسی شده حرکت کنند.

در نهایت، در یافتن بازارهای بزرگ، آنها می توانند به نوآوری تبدیل شوند. در دهه های اخیر، مدل بوش ساده انگارانه تلقی شده است. به عنوان مثال، دونالد استوکس، اشاره کرده است که مرز بین علوم پایه و کاربردی می تواند نامشخص باشد. پارادایم بوش همچنین می‌تواند برعکس عمل کند: دانش جدید در علوم می‌تواند از ابزارها و نوآوری‌های فناوری ناشی شود، نه برعکس. به عنوان مثال، اغلب در مورد میکروسکوپ‌های جدید قدرتمند، که به محققان اجازه می‌دهد مشاهدات و اکتشافات را در مقیاس‌های کوچک‌تر انجام دهند، صادق است. اخیراً، سایر محققان نوآوری به تأثیر قدرتمندی که کاربران نهایی و جمع‌سپاری می‌توانند بر محصولات جدید داشته باشند، اشاره کرده‌اند، و گاهی اوقات با افزودن ایده‌های جدید برای استفاده خود، آنها را به طرز چشمگیری بهبود می‌بخشند - مانند نرم‌افزار. مهم‌تر از همه، نوآوری‌ها به طور فزاینده‌ای ثابت شده‌اند که مجموع اکتشافات و اختراعات علمی نامرتبط هستند. ترکیب این عناصر در یک لحظه مناسب از زمان می تواند منجر به کیمیاگری تکنولوژیکی شود. برای مثال، ماریانا مازوکاتو، اقتصاددان، به آیفون به عنوان یک شگفتی یکپارچه از پیشرفت‌های بی‌شمار، از جمله صفحه‌نمایش‌های لمسی، جی‌پی‌اس، سیستم‌های سلولی و اینترنت اشاره کرده است که همگی در زمان‌های مختلف و با اهداف متفاوت توسعه یافته‌اند.

در ادامه بخوانید: سفرهای فضایی چه تاثیری بر مغز انسان دارند؟

حداقل در دوران جنگ سرد، زمانی که درخواست‌های نظامی و آزمایشگاه‌های صنعتی بزرگ بیشتر فناوری جدید را هدایت می‌کردند، مدل خطی به خوبی موفق شد. فراتر از AT&T و جنرال الکتریک، شرکت‌هایی مانند جنرال موتورز، دوپونت، داو و آی‌بی‌ام آزمایشگاه‌های تحقیق و توسعه خود را که دارای تعدادی از بهترین دانشمندان کشور بودند، به‌عنوان کارخانه‌های ریخته‌گری می‌دیدند که در آن محصولات آینده جهان در حال تغییر هستند. این آزمایشگاه‌های شرکتی از نظر تحقیق بسیار سازنده بودند و به ویژه در تولید پتنت‌های جدید خوب بودند. اما همه کارهای علمی آنها برای هدایت نوآوری ها مناسب نبود. برای مثال، در آزمایشگاه‌های بل، که بودجه‌ای را برای یک آزمایشگاه کوچک در هلمدل، نیوجرسی، در میان چند صد هکتار زمین باز، تأمین می‌کرد، تیم کوچکی از محققان انتقال امواج رادیویی را مطالعه کردند.

کارل جانسکی، یک فیزیکدان جوان، یک آنتن متحرک نصب کرد که امواج رادیویی از مرکز کهکشان راه شیری را آشکار می کرد. با انجام این کار، او به طور موثر حوزه نجوم رادیویی را پایه گذاری کرد. و با این حال، او هیچ چیز مفیدی برای کارفرمایش، شرکت تلفن، که بیشتر بر بهبود و گسترش خدمات تلفن متمرکز بود، ایجاد نکرد. در کمال ناامیدی یانسکی، از او خواسته شد که انرژی خود را به جای دیگری هدایت کند. به نظر می رسید هیچ بازاری برای کاری که او انجام می داد وجود نداشت. مهم‌تر از همه، مدیران شرکت‌ها قبل از اینکه بودجه و کارکنان خود را برای توسعه یک نوآوری اختصاص دهند، باید همپوشانی بین ایده‌های بزرگ و بازارهای بزرگ را درک کنند. حتی در آن زمان، کار تکراری ایجاد یک محصول یا فرآیند جدید می‌تواند آهسته و سریع باشد - بیش از آن چیزی که در گذشته به نظر برسد. اختراع ترانزیستور تماس نقطه ای توسط آزمایشگاه بل در دسامبر 1947 نمونه ای از این موارد است. اولین ترانزیستور لحظه ای شگفت انگیز از بینش بود که به جایزه نوبل منجر شد. با این حال، در حقیقت، جهان کمی نسبت به آنچه در آن سال تولید شد، تغییر کرد.

در ادامه بخوانید: طرح پشت‌بام خورشیدی برای ساختمان‌های اروپا

سه مخترع معتبر - ویلیام شاکلی، جان باردین و ویلیام براتین - راهی برای ایجاد یک سوئیچ یا تقویت کننده بسیار سریع با عبور جریان از یک برش کمی ناخالص ژرمانیوم پیدا کرده بودند. دستگاه آنها وعده داد که لوازم مدرن، از جمله وسایل مورد استفاده توسط شرکت تلفن، را به لوازم الکترونیکی کوچک و پر انرژی تبدیل کند. و با این حال، اولین ترانزیستورها برای بسیاری از کاربردها سخت و غیرعملی بودند. (اما آنها در سمعک های حجیم آزمایش شدند.) آنچه مورد نیاز بود مجموعه بعدی اختراعات مرتبط با ترانزیستور بود تا این پیشرفت به یک نوآوری تبدیل شود. اولین گام مهم ترانزیستور اتصال بود، یک "ساندویچ" کوچک از انواع مختلف ژرمانیوم، که توسط شاکلی در سال 1948 تئوری شد و بلافاصله پس از آن توسط همکاران مهندسی ایجاد شد. این طرح در اواسط دهه 1950 به لطف تلاش‌های Texas Instruments و سایر شرکت‌ها برای تبدیل آن به محصولی قابل اعتماد، قابل ساخت بود. جهش دوم بر مشکلات ژرمانیوم غلبه کرد که در شرایط دما و رطوبت خاص عملکرد ضعیفی داشت و نسبتاً نادر بود. در مارس 1955، موریس تاننبام، شیمیدان جوان در آزمایشگاه بل، روشی را با استفاده از تکه‌ای از سیلیکون انجام داد. مهمتر از همه، این اولین ترانزیستور سیلیکونی جهان نبود - این تمایز به دستگاهی است که یک سال قبل ایجاد شده است.

اما Tanenbaum منعکس کرد که طراحی او، بر خلاف دیگران، به راحتی "قابل ساخت" است، که پتانسیل نوآورانه آن را مشخص می کند. در واقع، او بلافاصله به ارزش آن پی برد. او در نوت بوک آزمایشگاهی خود در عصر بینش خود نوشت: «این شبیه ترانزیستوری است که ما منتظرش بودیم. این باید یک چنگال برای ساختن باشد.» در نهایت چندین مرحله غول پیکر دیگر مورد نیاز بود. یکی در سال 1959، همچنین در آزمایشگاه‌های بل، زمانی که محمد آتالا و داون کهنگ اولین ترانزیستور اثر میدانی با اکسید سیلیکون فلز-اکسید-نیمه رسانا-معروف به ماسفت- را ایجاد کردند که از معماری متفاوتی نسبت به ترانزیستورهای اتصالی یا نقطه‌ای استفاده می‌کرد. . امروزه، تقریباً تمام ترانزیستورهایی که در جهان تولید می‌شوند، تریلیون‌ها در هر ثانیه، از پیشرفت MOSFET ناشی می‌شوند. این پیشرفت امکان طراحی مدارهای مجتمع و تراشه های کاشته شده با میلیاردها دستگاه کوچک را فراهم کرد. این امکان را برای کامپیوترهای قدرتمند و عکس های ماه فراهم می کرد. و این امکان را برای یک جهان فراهم کرد تا به هم متصل شود. جهش‌های تکنولوژیکی دهه ۱۹۰۰ - میکروالکترونیک، آنتی‌بیوتیک‌ها، شیمی‌درمانی، موشک‌های با سوخت مایع، ماهواره‌های رصد زمین، لیزرها، چراغ‌های LED، دانه‌های مقاوم در برابر بیماری و غیره - برگرفته از علم هستند. اما این فناوری‌ها سال‌ها نیز صرف بهبود، تغییر، ترکیب و اصلاح شدند تا به مقیاس و تأثیر لازم برای نوآوری‌ها دست یابند.

در ادامه بخوانید: روش عجیب تولید انرژی از نور شبانه

برخی از محققان - به عنوان مثال، استاد فقید هاروارد، کلایتون کریستنسن، که در دهه 1990 روشی را مطالعه کرد که ایده‌های جدید باعث ایجاد اختلال در صنایع ریشه‌دار می‌شوند - به این نکته اشاره کرده‌اند که چگونه امواج تغییرات تکنولوژیکی می‌توانند از الگوهای قابل پیش‌بینی پیروی کنند. اول، یک نوآوری بالقوه با مزیت عملکردی، جایگاه ویژه ای در بازار پیدا می کند. در نهایت، جذابیت خود را برای کاربران گسترش می‌دهد، هزینه را کاهش می‌دهد و گام به گام یک محصول یا فرآیند به خوبی تثبیت شده را کنار می‌زند. (برای مثال ترانزیستور با گذشت زمان بیشتر نیاز به لوله های خلاء را از بین برده است.) اما هرگز نظریه جامعی از نوآوری وجود نداشته است که همه رشته‌ها را در بر بگیرد، یا بتواند مسیر خاصی را پیش‌بینی کند که در نهایت دانش جدید را به دستاوردهای اجتماعی تبدیل می‌کنیم. غافلگیری اتفاق می افتد. در هر زمینه‌ای، موانع ساختاری، چالش‌های فنی کمبود بودجه می‌توانند مانع توسعه شوند، به طوری که برخی از ایده‌ها (مثلاً یک درمان ملانوما) سریع‌تر از دیگران (درمان سرطان لوزالمعده) به ثمر نشستن و کاربرد گسترده‌تری پیدا می‌کنند. همچنین می تواند تفاوت های زیادی در نحوه وقوع نوآوری در زمینه های مختلف وجود داشته باشد. به عنوان مثال، در انرژی، که شامل سیستم‌های یکپارچه وسیعی است و به زیرساخت‌های بادوام نیاز دارد، دانشمند محیط زیست و تاریخ‌دان سیاست، واسلاو اسمیل، خاطرنشان کرد، دستیابی به مقیاس نوآوری‌ها بسیار بیشتر از سایرین طول می‌کشد. در توسعه نرم افزار، محصولات جدید را می توان ارزان عرضه کرد و تقریباً فوراً به مخاطبان زیادی دست یافت.

در ادامه بخوانید: خبر بد درباره آلودگی هوا در دنیا

حداقل، می‌توانیم با اطمینان بگوییم که تقریباً همه نوآوری‌ها، مانند اکثر اکتشافات و اختراعات، ناشی از کار سخت و زمان‌بندی خوب است - لحظه‌ای که افراد مناسب با دانش مناسب برای حل مشکل درست گرد هم می‌آیند. پیتر دراکر، نظریه‌پرداز کسب‌وکار، در یکی از مقالات خود در این زمینه، به فرآیندی اشاره کرد که طی آن مدیران کسب‌وکار «نیازهای جامعه را به فرصت‌ها تبدیل می‌کنند» به عنوان تعریف نوآوری. و این ممکن است به خوبی هر توضیح دیگری باشد. حتی نوآوری‌هایی که سریع به نظر می‌رسند - به عنوان مثال، واکسن‌های mRNA برای کووید-19 - اغلب سنگ بنای سال‌ها تحقیق و کشف هستند. در واقع، شایان ذکر است که زمینه‌های علمی قبل از عرضه واکسن‌ها، روش‌هایی را ایجاد کردند که می‌توان بعداً برای حل یک مشکل در زمانی که نیاز شدیدتر شد، استفاده کرد. علاوه بر این، فوریت این وضعیت فرصتی را برای سه شرکت - Moderna و با همکاری Pfizer و BioNTech - ایجاد کرد تا از یک اختراع واکسن استفاده کنند و آن را در عرض یک سال به مقیاس برسانند.

استیون جانسون، روزنامه‌نگار فناوری، نوشته است: تاریخ پیشرفت فرهنگی، تقریباً بدون استثنا، داستان یک در است که به دری دیگر منتهی می‌شود. مطمئناً این یک راه مناسب برای فکر کردن به سفر ما تا کنون است. همچنین ممکن است ما را به این سوال سوق دهد: در دهه های آینده چه درهایی را باز خواهیم کرد؟ چه اتاق هایی را بررسی خواهیم کرد؟ از یک سو، می‌توان مطمئن بود که ظهور واکسن‌های mRNA، کاربردهایی را برای طیف وسیعی از بیماری‌های دیگر در سال‌های آتی به همراه دارد. پیش‌بینی تأثیر انسانی بیوتکنولوژی، مانند ویرایش ژن CRISPR یا DNA مصنوعی، چالش‌برانگیزتر به نظر می‌رسد - و شاید خطرناک باشد. و تصور اینکه چگونه انواع محصولات دیجیتال جدید (مثلاً رباتیک و هوش مصنوعی) در جوامع آینده ادغام شوند، به همان اندازه سخت به نظر می رسد. با این حال بدون تردید آنها این کار را خواهند کرد.Erik Brynjolfsson از استنفورد و اندرو مک‌آفی از MIT اظهار کرده‌اند که فناوری‌های دیجیتال جدید آغاز یک "عصر ماشین دوم" است که به نوبه خود نشان دهنده "نقطه عطفی در تاریخ اقتصادها و جوامع ما" است. چیزی که می تواند به نتیجه برسد، دوران فراوانی و حل مشکلات بیشتر است، اما همچنین چالش های عظیمی - برای مثال، زمانی که رایانه ها به طور فزاینده وظایفی را بر عهده می گیرند که منجر به جایگزینی کارگران انسانی می شود.

در ادامه بخوانید: چطور آلودگی هوا در کشورهای دیگر به صفر می‌رسد؟

اگر این آینده ما باشد، اولین باری نخواهد بود که با ضربه نوآوری‌های جدید دست و پنجه نرم می‌کنیم، نوآوری‌هایی که اغلب مشکلات جدیدی ایجاد می‌کنند، حتی زمانی که نوآوری‌های قدیمی را حل می‌کنند. برای مثال، آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌های جدید به کشاورزان این امکان را می‌دهد تا عملکرد خود را افزایش دهند و از برداشت خوب اطمینان حاصل کنند. آنها همچنین اکوسیستم های شکننده را ویران کردند. رسانه های اجتماعی مردم را در سراسر جهان به هم متصل می کنند. همچنین منجر به موجی از تبلیغات و اطلاعات نادرست شد. مهم‌تر از همه، کشف سوخت‌های فسیلی، همراه با توسعه توربین‌های بخار و موتورهای احتراق داخلی، ما را به عصر ثروت و تجارت جهانی سوق داد. اما این نوآوری ها میراثی از انتشار CO2، گرم شدن سیاره، کاهش تنوع زیستی و احتمال فاجعه زیست محیطی قریب الوقوع را به ارث برده است.

معضل اقلیمی تقریباً مطمئناً بزرگترین چالش 50 سال آینده است. برخی از نوآوری‌های مورد نیاز برای انتقال انرژی - در انرژی خورشیدی و بادی، و در باتری‌ها و پمپ‌های حرارتی خانگی - در حال حاضر وجود دارند. آنچه لازم است سیاست هایی است که امکان استقرار در مقیاس سریع و گسترده تر را فراهم می کند. اما ایده‌ها و اختراعات دیگر - به عنوان مثال در زمینه‌های انرژی زمین گرمایی و جزر و مدی، یا نیروگاه‌های هسته‌ای نسل بعدی، شیمی باتری‌های جدید و جذب و استفاده از کربن - برای کاهش هزینه‌ها و افزایش عملکرد به سال‌ها توسعه نیاز دارند. چالش آب و هوا بسیار بزرگ و متنوع است، به نظر می رسد مطمئن باشیم که به هر نوآوری که احتمالاً بتوانیم نیاز داشته باشیم، بی خطر است.