Data mining 200 anni di documenti dell'ufficio brevetti per rivelare la natura dell'invenzione

Un modo di pensare all'invenzione è come un processo che combina le tecnologie per soddisfare alcuni bisogni o scopi umani. In altre parole, le invenzioni non nascono mai dal nulla. Si basano sempre sui progressi precedenti per creare qualcosa di nuovo.

Così, ad esempio, la lampadina ad incandescenza utilizza elettricità, un filamento riscaldato, gas inerte e un bulbo di vetro; una stampante a getto d'inchiostro si basa sulla capacità di posizionare la materia con estrema precisione e di pompare l'inchiostro in gocce molto piccole; e il laser si basa sulla capacità di creare cavità ottiche altamente riflettenti e così via. Tutte queste invenzioni poggiano sulle spalle dei progressi precedenti.

Ecco perché molti tecnologi pensano all'invenzione come a un processo combinatorio, una passeggiata attraverso l'intero spazio delle permutazioni tecnologiche. Per trovare una nuova invenzione, è sufficiente combinare varie vecchie tecnologie in un modo nuovo.

Almeno, questa è l'idea. Ma come verificare fino a che punto è vero? Oggi lo scopriamo grazie al lavoro di Hyejin Youn dell'Università di Oxford nel Regno Unito e di alcuni amici. Questi ragazzi hanno studiato la natura dell'invenzione e dicono che ci sono buone prove che è davvero un processo combinatorio, almeno in parte.

Ci sono lavori che si basano sui dati raccolti dall'Ufficio brevetti degli Stati Uniti, che utilizza un elaborato sistema di codici tecnologici per classificare le tecnologie responsabili della novità di un'invenzione. Le invenzioni che si basano su un'unica tecnologia hanno un unico codice. Ma quelli che si basano su diverse tecnologie ricevono una combinazione di codici.

Questo apre la possibilità di uno studio interessante, dicono. Poiché i documenti dell'Ufficio brevetti statunitense risalgono al 1790, dovrebbe essere possibile vedere come la combinazione di codici è cambiata nel tempo. In particolare, queste registrazioni dovrebbero rivelare fino a che punto l'invenzione sia il perfezionamento di combinazioni di tecnologie esistenti e in che misura sia il risultato di nuove combinazioni di tecnologie.

Ed è esattamente quello che hanno fatto questi ragazzi. Per fare ciò, trattiamo le invenzioni brevettate come vettori di tecnologie e ci avvaliamo dell'elaborato sistema di codici tecnologici utilizzato dall'Ufficio brevetti degli Stati Uniti per classificare le tecnologie responsabili della novità di un'invenzione, affermano Youn e co.

Per ogni invenzione contano il numero di codici tecnologici ad essa associati. Ciò consente loro di studiare il modo in cui il numero di invenzioni e la combinazione di tecnologie su cui si basano sono cambiati nel tempo.

Quindi, fino a che punto le invenzioni si basano su combinazioni completamente nuove di codici tecnologici? Se la maggior parte delle invenzioni fosse completamente nuova, la percentuale dovrebbe essere alta.

D'altra parte, se la maggior parte delle invenzioni sono semplicemente versioni riviste e migliorate di tecnologie esistenti, allora dipenderebbero da combinazioni di tecnologie esistenti in precedenza.

I risultati forniscono una visione interessante di questa domanda. Suggeriscono che circa il 40% delle nuove invenzioni si basa su combinazioni di tecnologie già esistenti, mentre circa il 60% introduce combinazioni di tecnologie completamente nuove.

Questo ha importanti implicazioni. Un'idea è che le nuove invenzioni possano nascere attraverso una passeggiata casuale attraverso lo spazio di tutte le possibili permutazioni delle tecnologie. Ma il fatto che il 40% riutilizzi combinazioni già esistenti suggerisce che l'invenzione non è il risultato di questo tipo di ricerca casuale.

Youn e co sottolineano infatti che alcune parti dello spazio combinatorio sono escluse per ragioni di praticità, escludendo così invenzioni come protesi esplosive o spazzolini da caffè espresso.

Inoltre, alcuni fenotipi tecnologici – particolari sistemi operativi, dimensioni delle strade e così via – limitano i tipi di tecnologie che possono poi essere utili. E questo pone un altro importante limite ai tipi di invenzioni che possono essere utili.

Per questi e altri motivi, il numero delle invenzioni è di gran lunga inferiore allo spazio quasi infinito consentito dalle combinazioni di tecnologie. L'enorme divario tra il numero possibile e quello effettivo di combinazioni indica che solo un piccolo sottoinsieme di combinazioni diventa invenzioni, dicono.

C'è un confronto interessante qui tra il modo in cui le invenzioni e gli organismi basati sul DNA si sono evoluti. L'evoluzione biologica è un altro processo combinatorio che si basa solo su un piccolo numero di elementi costitutivi, i geni che codificano le proteine, combinati insieme in molti modi diversi. Non è diverso dal modo in cui le invenzioni si basano su un numero relativamente piccolo di tecnologie combinate in modi diversi.

Inoltre, l'evoluzione biologica è dipendente dal percorso poiché il successo di un adattamento dipende dall'ordine in cui segue altri cambiamenti. Ed è uno che in definitiva è determinato dalla selezione.

Youn e co dicono che c'è ancora lavoro da fare nello studio del legame tra questi processi combinatori. Studiare i registri brevettuali, comparativi e sistemici delle invenzioni, aprirà la strada per fare valutazioni quantitative per una controparte di queste caratteristiche dell'evoluzione biologica nell'evoluzione tecnologica, dicono.

Forse. Ma in entrambi i casi, l'uso dei big data per studiare la natura dell'invenzione ha un potenziale significativo. Ci sono sicuramente più gioielli da trovare in loro sulle colline.

Rif: arxiv.org/abs/1406.2938 : Invenzione come processo combinatorio: prove dai brevetti statunitensi

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