특허 - 세상을 크게 변화시킨 15가지.

특허 - 세상을 크게 변화시킨 15가지.

무인 비행기, 아이폰, 블루투스, 글로벌 포지셔닝 시스템. 그들이 세상을 바꾸기 전, 이러한 기술은 종이에 적힌 스케치였다. 여기에서 미래가 시작된다.

작업실에서 만지작거리는 외로운 발명가는 잊어버리자. 오늘날에는 아이폰이나 자율주행차와 같이 서로 다른 발명가들이 개발한 많은 기술이 갑자기 모여 하나의 응집력 있는 전체를 형성한다. 쿼드로터 드론 및 3D 프린터와 같은 다른 발명품은 주변 기술이 갑자기 핵심 장비를 세계적인 현상으로 바꾸기 수십 년 전에 고안되었다.

오늘날의 혁신은 다를 수 있지만 여전히 활성 상태이다. 다음은 현대 세계를 형성한 15개의 특허이다.

 

자기부상

특허명 : "지상차용 전자자기 유도 서스펜션 및 안정화 시스템"("Electromagnetic inductive suspension and stabilization system for a ground vehicle")

자기 부상 열차의 이야기는 에릭 라이트(Eric Wright)와 그의 본격적인 선형 유도 전동기에 대한 연구에서 시작되었다. 발명자는 레일과 접촉할 필요가 없는 선형 모터가 자기장 기반 운송 시스템을 개발하는데 사용될 수 있다는 것을 깨달았다. 라이스와이트(Ricewight)는 양력과 전진 추력을 달성하기 위해 자석을 사용할 수 있는 선형 유도 전동기를 테스트했다.

 

라이스와이트(Ricewight)의 연구는 광범위하게 연구되어 왔으며 1967년 Brookhaven 국립 연구소의 James Powell과 Gordon Danby는 자기 부상 열차에 대한 최초의 특허를 획득했다. 그들의 설계는 초전도 자석을 사용하여 "지상 열차를 들어 올리는 공중 부양력", 즉 추력을 얻기 위해 "추진, 제트 또는 로켓"을 사용하는 것이다.

 

최초의 상업용 자기 부상 열차는 파웰(Powell) 및 덴비(Danby)의 수상 열차 설계와 결합된 선형 유도 전동기에 대한 라이스와이트(Ricewight)의 작업에 의해 탄생됐다. 1995년 영국에서 자기 부상 셔틀이 개통되었고 독일인들은 트랜스래피드를 만들기 위해 많은 프로토타입을 제작하고 테스트했다. 독일에서 개발된 상하이 트랜스래피드(Shanghai TransRapid)는 최고 속도 약 434km/h로 가장 빠른 상용 열차이며, 일본 프로토타입 L0 시리즈 자기 부상 열차는 최고 속도 약 603km/h로 기록을 세웠다. 미래에 하이퍼루프 시스템은 유사한 기술을 사용하여 진공 밀봉된 튜브에서 승객실을 띄우고 가속하여 시속 약 1,207 km의 속도에 도달할 수 있다.

아이폰

특허명: "전자장치"("Electronic device")

21세기의 시그니처 디바이스 특허에는 설명이 거의 없다. 일반적으로 애플의 아이폰 오리지널 특허는 단순히 '전자기기'로 분류돼 '표시 및 기술된 전자 기기의 명상 설계'만 기술하고 있다. 문서에는 '전자기기' 8개를 표시해 어느 방향에서 보았는지 표시하고, 관련 특허와 문헌을 인용했다.

 

아이폰이 최초의 스마트폰이나 네트워크 전화는 아니지만 기본 디자인은 많은 사람들이 매일 사용하는 기기의 모양과 기능을 성공적으로 변화시켰다. 휴대 전화, 아이폰 및 이후의 "전자 장치"의 개선은 인간이 의사 소통하고 탐색하고 생각하는 방식에 영향을 미치기 시작했다.

동력화 외골격

특허명 : "운동능력 보조장치 및 방법"(" Locomotion assisting device and method")

외골격은 1890년 니콜라스 야긴(Nicholas Yagin)이 발명한 "보행을 더 쉽게 해주는 부속기"로 거슬러 올라가는 오랜 역사를 가지고 있다. 전원이 공급되지 않는 외골격은 압축 가스를 사용하여 에너지를 저장하고 움직임을 돕는다.

 

1960년대 미군은 제너럴 일렉트릭이 개발한 강력한 외골격 프로젝트인 하디만을 출시했다. 특대형 로봇 수트는 약 680 kg을 들 수 있는 군인의 힘을 증가시키도록 설계되었지만, 외골격은 최대 출력이었을 때 과격하고 통제되지 않는 움직임에 시달렸으며, 사람으로 테스트해본적이 없다.

 

기술은 계속해서 개선되고 있으며 회사는 다양한 정도의 마비가 있는 사람들이나 직장에 있는 사람들을 돕는 것을 목표로 외골격에 투자했다. ReWalk는 재활 센터에서 사용되는 외골격을 제조하기 위해 2014년 특허를 받았으며, 이를 통해 저수준 마비가 있는 사람들이 앉고, 서고, 걷고, 계단 오르기까지 배울 수 있다. 다른 디자인은 MIT와 유럽우주기구(European Space Agency)에서 작업 중이다. 미래의 건설 노동자, 군인, 심지어 우주 비행사도 외골격 슈트를 사용할 수 있을것이다.

쿼드콥터 드론

특허명 : "온양방향, 수직상승, 헬리콥터 드론" ("Omni-directional, vertical-lift, helicopter drone")

오늘 발견된 쿼드콥터 드론은 공원과 괴롭히는 항공기에서 윙윙 거리며 1962년에 처음으로 특허를 받았다. Piaseki Airlines 엔지니어 Edward G. Vanderlip은 정전 중에 헬리콥터 장비를 계속 작동시키는 방법을 처음 고안했다.

 

밴더립은 조종사 친화적인 비행 시스템을 원격으로 작동되는 소형 회전 항공기에 통합하는 아이디어를 냈다. 그의 "양방향 수직 상승 헬리콥터 UAV" 특허는 "매우 단순하게" 비행하도록 설계된 UAV를 설명한다. UAV의 디자인은 "양단에 4개의 리프트 로터가 쌍으로 배열되어 있음"을 나타내므로 기울기의 수직 축은 항상 지면에 수직이다. 이를 통해 항공기는 수평 플랫폼을 유지하면서 로터를 기울여 모든 방향으로 비행할 수 있다.

 

비행 컨트롤러, 카메라 및 GPS 내비게이션을 포함한 다른 전자 시스템이 밴더립의 아이디어를 따라잡으며 4축 드론이 탄생했다.

3D 프린터

특허명 : " 입체사진에 의한 3차원 객체 제작을 위한 부속서"("Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography")

1986년에 발행된 3D 프린터 특허는 시대를 앞서나갔다. 이 문서에서는 대부분의 3D 프린터, 스테레오리스토그래피 또는 레진의 광응고기술이 간략하게 설명되어 있다. 움직이는 플랫폼은 컴퓨터로부터 입력을 받아 노즐 아래에 베이스를 위치시킨다. 노즐에서 나온 액상 수지는 대상물을 한 겹씩 형성하고 자외선에 의해 경화된다.

 

컴퓨팅 기술의 발전으로 3D 프린팅의 진정한 가치는 명확해졌다. 레이저 금속 소결과 같은 금속 인쇄 방법을 통해 제조업체는 이제 교량 및 로켓 엔진과 같은 야심 찬 구조물을 3D 인쇄하고 있다.

바이오닉 아이

특허명 : "망막 보형물 및 제조방법" ("Retinal prosthesis and method of manufacturing a retinal prosthesis")

시각 장애인의 시력을 회복시키려는 첫 번째 시도는 1968년 Dr. G. S. Brindley와 W. S. Lewin이 52세 환자에게 이 장치를 외과적으로 이식한 때였다. 전자 장치는 환자의 눈이 아니라 뇌의 시신경엽에 이식된다. 의사는 뇌의 뉴런을 자극하여 환자가 시야의 절반에 있는 광점을 볼 수 있도록 한다.

 

오늘날에는 2013년 특허에 설명된 것처럼 더 작은 전자 장치를 사용하여 시력 복원 장치를 망막에 직접 이식할 수 있다. 일반적으로 선글라스에 장착된 카메라는 주변 데이터를 수집하고 망막 임플란트에 신호를 전송하여 눈의 광수용기를 자극하는데 사용되었다. 완전히 실명한 환자는 이 기술을 사용하여 모양과 빛을 보는 능력을 포함하여 시력의 일부를 회복할 수 있다. 전극이 줄어들고 더 특정한 광수용체를 자극할 수 있게 되면서 이 기술은 더 좋아질 수밖에 없게 되었다.

위성위치확인시스템

특허명 : "위성과 수동적 범위 조정 기술을 이용한 탐색 시스템"("Navigation system using satellites and passive ranging techniques")

GPS 위성은 해군에서 발명했으며 현재는 공군에서 사용하고 있다. 로저 L. 이스턴(Roger L. Easton)은 1950년대에 해군 연구소가 궤도에서 미국과 소련 위성을 추적하는 기술을 개발했을 때 위성 위치 확인 시스템의 설계자였다. 1959년 Easton은 미국 상공에서 작동하는 모든 물체를 추적하는 최초의 레이더 네트워크인 해군 우주 감시 시스템을 개발했다.

다음 수십 년 동안 이스턴(Easton)은 우주에서 지상 물체를 추적하여 기술을 변경했다. 1974년에 그에게 부여된 특허는 위성 항법을 가능하게 하는 방법을 설명했다. TIMATION I 및 II와 같은 임무에서 출시된 고정밀 시계는 기술을 향상시키고 특수 상대성 이론으로 인한 오류를 수정했다. 1977년, 항법기술위성2는 최초의 GPS 데이터를 전송했다.

 

이 기술은 군대에서 오랫동안 유지되어 왔다. 제1차 걸프전 동안 미국은 GPS 위성을 사용하여 쿠웨이트와 이라크의 사막을 탐색했다. GPS는 1995년에 24개의 위성으로 완전히 사용되었다.

크리스퍼 유전자 편집

특허명: "CRISPR-Cas 시스템 및 유전자 제품의 발현 변경 방법"("CRISPR-Cas systems and methods for altering expression of gene products")

CRISPR-Cas9는 단세포 생물을 수정하는데 사용되는 버클리 캘리포니아 대학교에서 개발한 유전자 편집 도구이다. 2014년 특허에 기술된 바와 같이 하버드대학교와 매사추세츠공과대학 산하 비영리단체인 브로드연구소에서 다세포 생물을 연구하기 위해 이 기술을 개선했다. 오늘날 CRISPR은 작물과 가축을 변형하고 백혈병과 같은 질병으로 고통받는 인간 환자를 치료하는데 사용된다.

 

CRISPR-Cas9 도구는 유기체 DNA의 정확한 부분을 찾는 RNA 가닥, 해당 DNA 부분을 절단하는 Cas9 효소, 삭제된 부분을 대체할 선택적 DNA 가닥의 세부분으로 구성된다.

 

CRISPR는 배아 또는 면역계 세포와 같은 세포에 주입한 다음 환자에게 주입할 수 있다. 유전공학의 가능성은 이제 막 구체화되기 시작했고, 다양한 질병에 대한 새로운 신약과 치료법이 우리 눈앞에서 펼쳐지고 있다.

브레인 임플란트

특허명 : "3차원 전극장치" ("Three-dimensional electrode device")

1800년대 후반에 의사들은 뇌의 전기적 자극이 인간과 동물의 신체 움직임을 일으킬 수 있다는 것을 깨달았다. 20세기에는 뇌 자극을 포함한 실험이 환자의 기분과 행동을 성공적으로 변화시켰다.

 

1993년 유타 대학의 이 특허는 소위 후기 특허에서 "유타 어레이"의 개요를 설명했다. 이후 특허에서는 이를 "전기 신호를 감지하거나 신호를 전달하기 위해 뇌에 접촉하기 위해 여러 개의 금속 바늘을 사용하는 이식 가능한 통합 장치"로 설명했다.

 

이후 환자가 로봇 보철물을 옮기거나 아이디어를 컴퓨터에 입력할 수 있는 수준까지 뇌 임플란트가 개발됐다. 미래에는 많은 수의 뉴런을 다루는 신경 경쟁과 같은 기술을 통해 인간이 생각을 사용하여 컴퓨터와 상호 작용할 수 있다.

그래핀

특허명 : "나노크기 그래핀판"("Nano-scaled graphene plates")

그래핀의 시대로 접어들고 있을지도 모른다. 벌집 구조로 배열된 탄소 분자의 단일 층으로 구성된 복합 재료는 매우 가볍고 유사한 강철 층보다 약 200배 강하며 내열성과 고효율 전기 전도성을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해 그래핀과 같은 탄소 복합 재료는 컴퓨터 칩, 항공기 날개 및 기타 응용 분야에 이상적이다.

 

그래핀은 연필의 흑연과 유사한 흑연 블록으로 만들어진다. 그러나 원자 1개 두께의 탄소 분자를 분리하는 것은 매우 어렵다. 2004년이 되어서야 맨체스터 대학의 안드레 게임(Andre Geim)과 콘스탄틴 노보슬로프(Konstantin Novoselov)가 단일층의 원자 두께 그래핀 결정을 추출하기 위해 "스코치 테이프 방식"으로 알려진 테이프를 사용했다. 이 연구는 "2차원 물질 그래핀에 대한 획기적인 실험을 수행"했기 때문에 2010년 노벨 물리학상을 수상했다. 그 후, 그래핀을 제조하기 위한 "엑스포팅" 기술의 사용에 대한 2006년 특허와 같은 새롭고 혁신적인 추출 방법이 등장했다.

블루투스

특허명 : "이동통신기기 피어 투 피어 정보교환"("Peer to peer information exchange for mobile communications devices")

자프 하르트센(Jaap Haartsen)은 1994년에 블루투스를 발명하여 저전력, 초고주파 전파를 사용하여 근접한 전자 장치를 서로 연결할 수 있도록 했다. Hartsen은 여러 블루투스 관련 특허의 초안을 작성했지만 소송 및 특허 괴물로 어려움을 겪고 있다. 이 2013년 특허는 이 기술을 사용하여 GPS 데이터를 전송하는 방법을 설명한다.

 

이 시스템은 미니 라디오 역할을 하고 서로 연결하는 데 필요한 소프트웨어를 실행하는 장치에 이식된 작은 컴퓨터 칩을 사용한다. 이러한 장치는 피코넷이라는 단거리 네트워크를 통해 "페어링"된다. 오늘날 이 기술은 헤드폰, 카메라 및 스마트 온도 조절 장치를 포함한 거의 모든 휴대용 장치에 사용된다.

자율주행차

특허명 : "자율주행차 비전 시스템"("Vision system for an autonomous vehicle")

무인 자동차의 역사는 거의 100년 전으로 거슬러 올라갈 수 있다. 1925년 후디나 라디오 컨트롤은 운전사가 없는 1926년 챈들러를 뒤따르는 자동차에서 나오는 무선 신호로 운행함으로써 교통이 혼잡한 맨해튼을 주행했다. 70년 후, 카네기 멜론 대학의 Navlab 프로젝트 "No Hands Over America"는 운전자가 가속과 제동을 하는 동안 모든 핸들을 조작하는 반자동차를 타고 전국을 약 4,989 km를 운전했다.

 

자율주행차 기술에 대한 특허는 수백 개에 달하지만 그 장벽을 깬 것은 이탈리아의 머신비전 기업인 비즈랩(VisLab)이다. 2013년 7월, VisLab의 자동차 BRaiVE는 이탈리아 파르마 중심부의 양방향 도로, 횡단보도, 신호등, 원형 범위 및 기타 장애물을 자율적으로 주행했다. 회사의 첫 자율주행차 기술 특허는 차량 주변 환경에 대한 정보와 명령을 컴퓨터에 입력할 수 있는 카메라와 센서 시스템이다.

 

오늘날 구글, 아마존, 테슬라 등 많은 대기업과 자동차 제조사들이 자율주행차를 개발하고 있다. 또한 자율주행차가 도시의 기존 대중교통 및 기존 차량을 대체하고 도시 교통을 차량 인터넷으로 전환하여 교통 혼잡을 효과적으로 해소할 것으로 예측된다.

솔라 패널

특허명 : "태양광 에너지 활용을 위한 장치" ("Apparatus for utilizing solar radiant energy")

19세기 초, 프랑스 물리학자 에드먼드 베크렐(Edmund Bequerel)은 특정 물질이 빛 아래에서 미세한 전류를 생성한다는 것을 발견했다. 바로 광전 효과이다. 1839년, 최초의 광전지는 산성 용액에 있는 염화은을 백금 전극에 연결하여 만들어졌다.

 

약 50년 후, 최초의 미국 태양 전지 특허가 에드워드 웨스턴(Edward Weston)에게 부여되었다. 이 특허는 "이종 금속"이라고 불리는 두 개의 물체가 한쪽 끝에서 연결되고 다른 모든 위치에서 절연된 "열전 소자"에 대해 설명한다. "빛에 노출되면 회로에 전류가 흐를 것이기 때문이다." 웨스턴은 오늘날 대규모 태양광 발전의 주요 과제를 지적하기도 하며 "화창한 날에 축적된 에너지를 밤이나 흐린 날에도 사용할 수 있도록 선견지명으로 에너지 저장 시스템을 개괄했다"고 말했다.

 

수십 년 동안 태양 전지 패널의 기술은 계속 발전했으며 현재는 주로 실리콘으로 만들어진다. Pioneer 1 위성은 1958년에 태양 전지판을 사용한 최초의 우주선이 되어 기술을 대중화했다. 인도의 카무티 태양광 발전 프로젝트는 현재 세계 최대 규모의 태양광 발전소로, 약 3.9평방마일(약 5,021 km2)의 면적을 차지하며 거의 650메가와트의 전력을 생산한다.

(3G) 3세대 무선 이동통신

특허명: "모바일 인터넷 접속"("Mobile internet access")

1세대 무선 이동 통신 기술은 휴대폰 시뮬레이션을 가능하게 했다. 두 번째는 디지털 휴대전화를 지원한다. 그러나 우리가 매일 가지고 다니는 장비를 변화시킨 것은 UMTS(유니버설 모바일 통신 시스템)를 시작으로 한 3G이다.

 

3G는 2003년 특허에 설명된 대로 휴대폰을 GPS 및 인터넷에 연결한다. 핸드헬드 장치에서 화상 통화 및 스트리밍이 가능하다. 10년 후, 4G 인프라를 사용하여 구축된 네트워크의 개선은 휴대전화를 지갑, 개인 비서 및 엔터테인먼트 장치로 계속 변화시키고 있다.

가상현실

특허명 : "추상적 정보 표시를 위한 가상현실 제너레이터"("Virtual reality generator for displaying abstract information")

첫 번째 제안된 VR 헤드셋은 비디오 게임을 하거나 스포츠 게임을 시청하는데 사용되지 않고 사용자가 금융 데이터를 분석하는데 사용되었다. 2000년 발명가 폴 마샬(Paul Marshall)에게 부여된 "가상현실 제너레이터" 특허는 사용자가 탐색을 위해 "트랙볼 또는 스페이스볼, 전자 데이터 장갑, 마그네틱 헤드 포지션 트래커, 키보드, 조이스틱 또는 스티어링 휠과 같은 제어 장치를 사용할 수 있도록" 허용한다. 컴퓨터로 생성된 세계를 설명합니다.

마샬은 "3차원 정보 환경"을 만들기 위해 이러한 기술을 계속 연구하면서 "돈 관리자 또는 재무 분석가"가 데이터를 관리하는데 도움을 주기 위해 계속 노력하고 있다. 2016년 Oculus Rift가 엔터테인먼트 헤드셋을 출시하기 전에 이 기술은 주로 연구 분야에 머물렀고 HTC Vive가 그 뒤를 잠시 따랐다. 삼성 VR 및 구글 카드보드와 같은 다른 가상 현실 시스템은 스마트폰을 사용하여 컴퓨터 세계를 표시한다. 미래에는 마이크로소프트 홀로렌즈와 같은 증강 현실(AR)을 사용하여 실제 세계에서 데이터를 오버레이하여 건설 노동자에서 과학자에 이르기까지 모든 사람을 도울 수 있을것이다.