Chaque invention commence par un problème – et l’acte créatif de voir un problème là où d’autres pourraient simplement voir une réalité immuable. Pour une enfant de 5 ans, le problème était simple : elle aimait se faire frotter le ventre lorsqu’elle s’endormait. Mais sa mère, épuisée par ses deux emplois, s’endormait souvent elle-même en mettant sa fille au lit. “Donc [the girl] a inventé un ours en peluche qui lui frotterait le ventre », explique Stephanie Couch, directrice exécutive du programme Lemelson MIT. Sa mission est de nourrir la prochaine génération d’inventeurs et d’entrepreneurs.
N’importe qui peut apprendre à devenir un inventeur, dit Couch, à condition de disposer des ressources et des encouragements appropriés. « L’invention ne vient pas d’un génie inné, ce n’est pas quelque chose que seules des personnes vraiment spéciales peuvent faire », dit-elle. Son programme crée des programmes d’études sur le thème de l’invention pour les salles de classe américaines, allant de la maternelle au collège communautaire.
Nous sommes partiaux, mais nous espérons que cette petite fille deviendra ingénieure. À l’âge adulte, l’acte d’invention peut devenir quelque chose d’entièrement nouveau, reflétant l’adoption de nouveaux outils et les forces directrices de nouvelles structures sociales. Les ingénieurs, avec leur curiosité incessante et leur détermination à optimiser le monde qui les entoure, sont continuellement en train de réinventer l’invention.
Dans ce numéro spécial, nous vous présentons les histoires de personnes qui sont aujourd’hui au cœur de cette réinvention. Spectre IEEE marque cette année ses 60 ans de publication, et nous célébrons cette année en soulignant à la fois l’acte créatif et le travail d’ingénierie extrêmement dur requis pour transformer une idée en quelque chose qui change le monde. Dans ces pages, nous vous emmenons dans les coulisses de certains projets impressionnants pour révéler comment la technologie est créée – et refaite – à notre époque.
Les inventeurs sont partout
L’invention est depuis longtemps un processus démocratique. L’économiste B. Zorina Khan du Bowdoin College a noté que l’Office américain des brevets et des marques s’est toujours efforcé de permettre à pratiquement n’importe qui de s’essayer à l’invention. Dès le début, les examinateurs de brevets ne se souciaient pas de savoir qui étaient les déposants : toute personne ayant une idée nouvelle et utile et pouvant payer la taxe de dépôt était officiellement un inventeur.
Cette philosophie perdure aujourd’hui. Il est toujours possible pour un particulier de lancer une startup technologique depuis un garage ou d’aller sur « Shark Tank » pour recruter des investisseurs. L’inventrice suédoise Simone Giertz, par exemple, s’est fait un nom avec des vidéos YouTube montrant ses engins hilarants et bizarres, comme un réveil avec un bras qui la réveillait. Eric von Hippel, chercheur en innovation au MIT, a mis en lumière l’écosystème vital actuel de « l’innovation utilisateur », dans lequel des inventeurs tels que Giertz sont motivés par leurs propres besoins et désirs plutôt que par les ambitions de la fabrication de masse.
Mais cette voie vers l’invention ne mène pas loin, et les limites de ce qu’un individu peut réaliser sont devenues plus strictes au fil du temps. Pour s’attaquer à certains des plus grands problèmes auxquels l’humanité est aujourd’hui confrontée, les inventeurs ont besoin d’un sponsor gouvernemental bien doté ou des largesses des entreprises pour rassembler l’équipement et la matière grise collective nécessaires.
Lorsque l’on pense aux défis liés à la mise à l’échelle, il est utile de penser à Alexander Graham Bell et à son collaborateur Thomas Watson. “Ils inventent ce truc sympa qui leur permet de parler entre deux pièces. C’est donc une invention intéressante, mais c’est essentiellement un gadget”, explique Eric Hintz, historien de l’invention à la Smithsonian Institution. “Pour passer de cela à un système téléphonique transcontinental longue distance, il leur fallait beaucoup plus d’innovation en plus de l’invention originale.” Pour faire évoluer leur invention, dit Hintz, Bell et ses collègues ont construit l’infrastructure qui a finalement évolué pour devenir les Bell Labs, qui sont devenus le porte-drapeau de la R&D des entreprises.
Dans ce numéro, nous voyons des ingénieurs aux prises avec des défis d’échelle dans les problèmes modernes. Prenons par exemple la technologie des semi-conducteurs soutenue par la loi américaine CHIPS and Science Act, une initiative politique visant à renforcer la production nationale de puces. Au-delà du financement du secteur manufacturier, il fournit également 11 milliards de dollars pour la R&D, notamment trois centres nationaux où les entreprises peuvent tester et piloter de nouvelles technologies. Comme le raconte une startup, cette infrastructure accélérera considérablement le processus du laboratoire à la fabrique.
Et puis il y a les horloges atomiques, la quintessence de la précision du chronométrage. Lorsque les chercheurs ont décidé de créer une version commerciale, ils ont dû changer de perspective, en prenant un vaste laboratoire et en le réimaginant comme une unité portable adaptée à la production de masse et aux rigueurs du monde réel. Ils ont dû arrêter d’optimiser la précision et choisir à la place le laser le plus robuste et l’atome qui l’accompagnerait.
Ces efforts technologiques bénéficient d’infrastructures, de ressources intellectuelles et de nouveaux outils de pointe. L’intelligence artificielle est un outil qui pourrait devenir omniprésent dans tous les secteurs, et c’est un outil qui pourrait élargir davantage l’accès au domaine de l’invention.
Et si vous disposiez d’une équipe d’assistants infatigables, prêts à parcourir la littérature technique mondiale à la recherche de documents susceptibles de susciter une idée, ou à répéter un concept 100 fois avant le petit-déjeuner ? C’est la promesse de l’IA générative d’aujourd’hui. La société suisse Iprova étudie si ses outils d’IA peuvent automatiser les moments « eurêka » pour ses clients, des entreprises qui cherchent à devancer leurs concurrents pour proposer la prochaine grande idée. L’entrepreneur en série Steve Blank conseille également aux jeunes fondateurs de startups d’exploiter le potentiel de l’IA pour accélérer le développement de produits ; il imagine même tester des idées de produits sur des jumeaux numériques de clients. Même si elle n’en est qu’à ses débuts, l’IA générative offre aux inventeurs des outils qui n’ont jamais été disponibles auparavant.
Mesurer l’impact d’une invention
Si l’IA accélère le processus de découverte et que de nombreuses autres idées brevetables apparaissent ainsi, que se passera-t-il ? À l’heure actuelle, plus d’un million de brevets sont accordés chaque année et nous avons du mal à identifier ceux qui auront un impact durable. Bryan Kelly, économiste à la Yale School of Management, et ses collaborateurs ont tenté de quantifier l’impact des brevets en effectuant une analyse approfondie, assistée par la technologie, des dossiers de brevets américains remontant à 1840. En utilisant le traitement du langage naturel, ils ont identifié les brevets qui a introduit une formulation nouvelle qui a ensuite été répétée dans les brevets ultérieurs – un indicateur de percées radicales. Par exemple, le brevet d’Elias Howe Jr. pour une machine à coudre datant de 1846 n’était pas étroitement lié à tout ce qui l’avait précédé, mais est rapidement devenu la base des futurs brevets de machines à coudre.
Un autre brevet fondamental a été celui accordé à un maçon anglais en 1824 pour l’invention du ciment Portland, qui est encore l’ingrédient clé de la plupart des bétons du monde. Comme le décrit Ted C. Fishman dans sa fascinante enquête sur l’état actuel du béton, cette industrie apparemment stable est bouleversée en raison de ses fortes émissions de carbone. Le boom de l’IA alimente un boom de la construction de centres de données, et tous ces bâtiments nécessitent des milliards de tonnes de béton. Fishman emmène les lecteurs dans des laboratoires et des startups où les chercheurs expérimentent des formulations de ciment et de béton respectueuses du climat. Qui sait laquelle de ces expériences aboutira à un brevet qui résonnera à travers les âges ?
Certains ingénieurs commencent leur processus d’invention en réfléchissant à l’impact qu’ils souhaitent avoir sur le monde. L’éminent technologue indien Raghunath Anant Mashelkar, qui a popularisé l’idée de « l’ingénierie gandhienne », conseille aux inventeurs de travailler à rebours à partir de « ce que nous voulons réaliser pour le bien de l’humanité » et de créer des technologies de résolution de problèmes qui soient abordables et durables. , et pas seulement pour l’élite.
La durabilité compte : l’invention ne consiste pas seulement à créer quelque chose de complètement nouveau. Il s’agit également de trouver des moyens intelligents de faire perdurer une chose existante. C’est le cas du télescope spatial Hubble. Conçu à l’origine pour durer 15 ans, il est resté en orbite deux fois plus longtemps et s’est amélioré avec le temps, car les ingénieurs ont conçu le satellite pour qu’il puisse être réparé et évolutif dans l’espace.
Malgré toute l’activité d’invention dans le monde – l’Organisation Mondiale de la Propriété Intellectuelle affirme que 3,5 millions de demandes de brevet ont été déposées en 2022 – il pourrait être plus difficile d’inventer quelque chose d’utile qu’auparavant. Non pas parce que « tout ce qui peut être inventé a été inventé », comme dans la citation apocryphe attribuée au malheureux directeur de l’Office américain des brevets en 1889. Plutôt parce qu’il faut beaucoup d’éducation et d’expérience avant qu’un inventeur puisse même comprendre toutes les dimensions. de la porte qu’ils tentent d’ouvrir, et encore moins de trouver une stratégie pour y parvenir. Ben Jones, économiste à la Kellogg School of Management de Northwestern, a montré que l’âge moyen des grands innovateurs technologiques a augmenté d’environ six ans au cours du 20e siècle. « Les grandes innovations sont de moins en moins le fait des jeunes », a conclu Jones.
Envisagez de concevoir quelque chose d’aussi complexe qu’un réacteur à fusion nucléaire, comme le décrit Tom Clynes dans « An Off-the-Shelf Stellarator ». Les chercheurs en fusion ont passé des décennies à tenter de déchiffrer le code d’une fusion commercialement viable – cela s’apparente plus à une vocation qu’à une carrière. S’ils réussissent, ils débloqueront une énergie propre pratiquement illimitée, sans émissions de gaz à effet de serre ni risque de fusion. C’est le rêve que poursuivent les physiciens d’un laboratoire de Princeton, dans le New Jersey. Mais avant même de commencer, ils devaient d’abord acquérir une compréhension approfondie de tous les faux façons de construire un réacteur à fusion. Une fois que l’équipe était prête à procéder, elle a créé un réacteur expérimental qui accélère le cycle de conception-construction-test. Grâce à de nouveaux outils d’IA et à une puissance de calcul sans précédent, ils recherchent désormais les meilleurs moyens de créer les champs magnétiques qui confineront le plasma à l’intérieur du réacteur. Déjà, deux startups sont issues du laboratoire de Princeton, toutes deux cherchant la voie d’une fusion commerciale.
L’histoire du Stellarator et de nombreux autres articles de ce numéro montrent comment une innovation mène à la suivante et comment une invention peut en permettre bien d’autres. Le légendaire Dean Kamen, surtout connu pour ses appareils mécaniques comme le Segway et le bras prothétique « Luke », tente désormais de faire avancer le monde fragile de la fabrication biologique. Dans une interview, Kamen explique comment son organisation à but non lucratif travaille sur l’infrastructure (bioréacteurs, capteurs et contrôles) qui permettra aux entreprises d’explorer les possibilités de culture d’organes de remplacement. On pourrait dire qu’il invente la rampe de lancement pour que d’autres puissent inventer les fusées.
Parfois, tout le monde dans un domaine de recherche sait où la percée est nécessaire, mais cela ne rend pas la tâche plus facile à réaliser. Exemple concret : la quête d’un robot humanoïde domestique capable d’effectuer les tâches domestiques, passant sans effort de la friture d’un œuf au pliage du linge. Les roboticiens ont besoin de meilleurs logiciels d’apprentissage qui permettront à leurs robots de naviguer dans les incertitudes du monde réel, ainsi que d’actionneurs moins chers et plus légers. Des avancées majeures dans ces deux domaines libéreraient un torrent de créativité et pourraient enfin amener des robots majordomes dans nos maisons.
Et peut-être que les futurs roboticiens qui réaliseront ces percées auront raison de remercier Marina Umaschi Bers, technologue au Boston College qui a cocréé le langage de programmation ScratchJr et le kit robotique KIBO pour enseigner aux enfants les bases du codage et de la robotique de manière ludique. Elle considère l’ingénierie comme un terrain de jeu, un lieu où les enfants peuvent explorer et créer, être loufoques ou grandioses. Si les enfants de la maternelle d’aujourd’hui apprennent à se considérer comme des inventeurs, qui sait ce qu’ils créeront demain ?