我們的現代世界充滿了各種各樣的產品和服務、醫療保健選項和醫療手段、小玩意和享受，所有這些都以我們幾乎無法吸收的速度出現在人們的視野中。我們發現自己對這些奇妙的創新感到驚訝和驚歎，然後我們開始依賴它們。在我們擁有 GPS、拍照手機、腦部掃描和雷射眼科手術之前，我們都做了些什麼？
為我們帶來舒適和便利，並改善我們的安全和健康的事物，是幾十年前在材料、軟體、計算、生物學、化學和資訊科技等領域的基礎發現的成果。學術界和政府實驗室湧現新發現的速度絲毫沒有放緩的跡象。透過學術論文和專利申請等衡量標準，科學產出持續保持或超過歷史上的任何時期。此外，隨著中國、印度和其他國家以重要方式進入研究領域，我們完全有理由期待未來出現更多偉大的科學成果。
然而，偉大的科學並不會自動轉化為世界一流的技術。這種轉變需要時間、金錢和耐心——而這些商品最近都供不應求。事實上，在過去的一代人中，將發現從實驗室轉移到實際應用的傳統方式承受了相當大的壓力。除非我們解決這一短缺問題，否則我們光明的前景將無法實現。在許多方面，我們都在靠昨天的投資成果生活。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
在從實驗室到市場的道路上，有兩個至關重要且成本高昂的步驟，資金和努力的來源變得不穩定：在早期階段，當新的科學概念被應用於有前景（但具有投機性）的實際用途時；以及在後期階段，當一項技術正在向必須為市場引入而進行測試和完善的實際產品過渡時。過去，大型企業實驗室是推動基礎研究穿越死亡之谷的工具，但這些機構在很大程度上已不再發揮這一作用。風險投資公司沒有彌補這一空缺，而是選擇了“去風險化”的前景，這些前景明顯落後於基礎研究實驗室的產出。
這種趨勢對整個創新領域造成了擠壓。原始技術需要大量投資才能將其引導到市場。回報往往是不確定的。通訊和綠色技術——兩個關鍵領域——尤其容易被快速複製，而智慧財產權法往往無法解決這些問題。與下游投資相比，轉化研發總體上是一個吸引力較小的商業命題，在下游投資中，主要挑戰已經克服。不幸的是，推動突破性進展的捷徑寥寥無幾。
我們現在面臨的危機是一個機會，可以建立一個更加開放、自由和自下而上的支援系統，以支援從實驗室到市場的漫長征程——這個系統最終可能更加穩健，更適合我們這個時代的技術。政府、大學和企業之間的合作將不得不取代過去的企業慷慨解囊。為了實現這一目標，我們需要一種新的創新文化，讓許多較小的參與者協同工作，以保持創意管道的暢通。
Siri 和其他“潛在機遇”
美國科學和研發是世界上的主導力量。從 1996 年到 2011 年，美國研究人員發表的科學出版物（包括文章、評論和會議論文集）中可引用的檔案數量從每年約 31 萬份增長到每年約 47 萬份——無論從絕對數量還是增長速度來看，都遠遠超過其他任何國家，僅次於中國。在同一時期，列出美國和至少一個其他國家合作者的已發表論文的百分比也從約 22% 上升到近 30%，這在一定程度上說明了國際聯合開發的增長——這是更好的溝通和資料共享的產物。這些數字很強勁，但在這些數字背後，卻有令人擔憂的原因。
為了理解原因，請考慮 2011 年出現的那個愛開玩笑的 iPhone 助手 Siri。Siri 的根源可以追溯到一項由政府資助的國防高階研究計劃局 (Defense Advanced Research Projects Agency) 耗資 1.5 億美元、為期五年的計劃。該計劃由 SRI International 牽頭，擁有 22 個合作伙伴，包括麻省理工學院、卡內基梅隆大學和斯坦福大學。SRI 繼續開發該技術，然後將其剝離出來，成立一家獨立的風險投資支援公司。到史蒂夫·喬布斯在 2010 年為蘋果公司收購該公司時，Siri 已經吸收了 1.75 億美元和七年的開發時間。
Siri 不僅僅是智慧手機的新奇事物。理解、處理和響應關於最近的星巴克位置的口語查詢所需的計算進步，可能很快就能回答更重要的問題。想象一下，能夠諮詢類似 Siri 的工具，詢問您剛剛在乳房中發現的腫塊，並對答案充滿信心。這種潛在的機會通常在將研究想法推向產品開發的過程中變得顯而易見。
Siri 的案例表明，從研發到市場的看似簡單的道路可能是漫長而曲折的。清潔能源和製藥領域的更大規模創新通常需要數十年的努力和 10 億美元或更多的投資。許多未來可能改變社會的潛在技術目前正處於等待狀態，充滿希望但缺乏支援。針對個人及其疾病的個性化藥物，有朝一日可能會減輕巨大的痛苦。然而，在我們的監管制度下，開發和測試此類專門配方的巨大成本和時間使得這項投資難以推銷。先進的微型機器人可以插入體內以去除動脈中的斑塊，這是另一項等待中的技術。微型無人飛行器目前只是實驗室的好奇之物，但可以在先進的天氣預報或空氣質量監測中發揮重要作用。隨著聯邦研究經費的縮減和企業實驗室專注於近期產品開發，誰將資助這些技術？
大型企業實驗室的遺產
在 20 世紀中後期，偉大的企業研究實驗室充當了從研究到市場的橋樑。企業資助的最後一個重要例子之一是應變矽技術，我們必須感謝這項技術在過去一二十年中微處理器效能的驚人提升。應變矽是一種提高矽基電子器件效率的技術；它涉及將鍺沉積到矽上，從而擴大矽原子之間的空間，提高電路效能。應變矽最初是 20 世紀 80 年代後期康奈爾大學實驗室的一個想法，然後引起了 AT&T 貝爾實驗室研究人員的注意，他們想要更好的電話交換機半導體。該公司對這項投機性技術投入了大量資源，儘管回報尚不明確。1996 年，時任麻省理工學院首席研究員的吉恩·菲茨傑拉德 (Gene Fitzgerald) 成立了 Amberwave Technologies 公司，將其商業化。從那時起，又花了七年時間和數百萬美元，英特爾才推出了基於應變矽的“Prescott”奔騰 4 處理器。
有大量例子表明，塑造我們生活的技術如果沒有大型企業實驗室的支援，就不會問世。水力壓裂法或“壓裂法”可以追溯到 19 世紀，但直到 20 世紀 40 年代斯坦諾林德石油公司（印第安納標準石油公司的一部分）採用該技術後，才得到廣泛的商業應用。又經過了幾十年的進一步發展，該技術才能夠從以前無法觸及的儲量中開採天然氣。3D 列印技術的曲折路線始於 20 世紀 50 年代西門子的噴墨研究，後來輾轉斯坦福大學醫學院、IBM、造紙公司米德，最終又輾轉惠普和其他列印機制造商。
從實驗室研究突破到實際實施再到市場成功的道路是漫長且不可預測的，需要多次迭代。不能期望當今以產品為中心的公司承擔這項事業的費用。但至關重要的是，我們必須找到一種方法來做到這一點。事實上，美國和其他地區已經感受到了大型企業研究撤退的影響。
短期壓力
短期市場壓力已經削弱了對太陽能技術和交通電氣化的投資。在資訊和通訊技術領域，美國國家科學院警告說，“旨在取得根本性突破的聯邦長期基礎研究有所減少，而以旨在改進現有產品和服務的短期、漸進式和進化式產品為主。”電信行業協會指出，美國不再在“研發強度”方面領先世界，在經濟合作與發展組織國家中已跌至第八位。“在過去的 35 年中，”它說，“美國聯邦政府一直是基礎研究的主要贊助者……因為幾乎所有企業研發實驗室都無法再負擔基礎研究的高成本和高風險。他們的企業任務要求進行回報更快的短期研發。”
歐洲和亞洲的情況也類似。這些國家用於轉化研究的大型企業資金來源已經減少或保持平穩，主要原因是同樣的短期壓力和預算緊縮。至少美國還有一些風險投資來緩解衝擊——歐洲和日本就沒有那麼幸運了。
中國和印度的崛起產生了新的活力。這些國家可能會重振研究，但也可能對已建立的技術國家構成威脅。中國可能會將數十億美元的國家控制資本投資於源於美國、歐洲和日本進行的基礎研究的產品研究，從而獲得由此產生的工作崗位和經濟繁榮。當此類研究進入市場時，專利權通常會過期，因此中國不必侵犯任何智慧財產權。事實上，由於基礎研究的商業化本身會產生智慧財產權，因此中國最終可能會要求其他國家的研究發明支付專利費。
印度的策略也好不到哪裡去。它實際上已經將重要專利國有化，以造福其製藥業。它是否會將這種做法擴充套件到醫療保健以外的領域還有待觀察。
然而，對中國和印度的崛起也有一種積極的看法。由於這些國家支援著世界上越來越多的科學家，因此他們理所當然地會取得更多突破。世界各地的消費者都將受益。即使中國，比方說，利用美國的研究並將其轉化為產品，也比沒有人這樣做要好。
填補研究空白
在美國，在缺乏大型企業贊助商的情況下，美國必須重新調整其方法，以支援研究從實驗室向市場的過渡。我們將不得不在我們長期以來對自由市場競爭的熱愛中做出一些犧牲，並正視創新過程中艱苦、昂貴、不確定的部分需要聯邦、州和地方政府的大力支援這一事實。
最近因太陽能公司 Solyndra 和混合動力電池製造商 A123 Systems 的倒閉而引起的軒然大波，使聯邦政府對技術商業化的投資聲名狼藉，但這種投資必須繼續下去。華盛頓需要分散投資，為各種實體提供資金——從政府研究實驗室到資金充足的私營技術初創公司，這些公司有能力將研究轉化為產品和服務。畢竟，網際網路起源於國防部的研究，GPS 定位來自軍事研究，消防員現在使用的阻燃服裝起源於美國國家航空航天局。當國家科學基金會在 2010 年慶祝成立 60 週年時，它列出了其資助的 60 項發現：磁共振成像、光纖、超級計算機和密碼學，僅舉幾例。
聯邦政府的支援只是第一步。我們還必須鼓勵公私合作，將政府機構和主要研究型大學的公共資源與私營企業的時間和資金投入相結合。
這種公私混合方法並不新鮮，但迄今為止，它主要侷限於小型邊緣專案，其中許多專案資金不足。頂尖大學的技術轉移辦公室與學術界的主要運作沒有很好地結合在一起。州政府組織的公共資助研究人員和私營企業之間的合作，以發展新公司和高價值工作崗位，其範圍還不夠廣泛，無法涵蓋延伸到早期階段的投資。
然而，一些有用的模式正在出現。賓夕法尼亞州先進製造業研究中心 (RAMP) 將卡內基梅隆大學和利哈伊大學與賓夕法尼亞州的公司聚集在一起，旨在發現新技術並加速大學研究機構與私營企業之間的知識流動。RAMP 的投資包括下一代 3D 列印技術工業應用研究以及基於血漿的生物材料的製造工藝。
其他州也在建立框架來鼓勵合作。在 2012 財年，俄亥俄州撥款 2500 萬美元，用於資助世界一流的公私合作研究實驗室，這些實驗室專注於先進材料、再生醫學、燃料電池和儲能以及替代能源。2005 年，得克薩斯州設立了新興技術基金，為希望將源自得克薩斯州大學或休斯頓美國國家航空航天局約翰遜航天中心的研究商業化的私營公司提供配對資金。
長期投資資金
我們需要更多這樣的合作。我們如何鼓勵公共和私營部門的參與者參與其中？美國商務部成立的國家創新和創業諮詢委員會彙集了來自行業、風險投資和大學的思想領袖，以解決這個問題。該委員會提出了一些建議，以鼓勵這些團體合作。聯邦機構可以為高風險創新研究創造機會。行業和大學可以加強其在推進共同感興趣的技術方面的戰略投資。他們都可以啟動專案，將大學教師和學生與潛在的行業合作伙伴、創業導師和“概念驗證”資金來源聯絡起來。
聯邦機構可以幫助大學將創新組成部分納入撥款申請。與行業合作使用其智慧財產權的大學可以獲得優惠稅收待遇。與此同時，大學技術轉移辦公室可以努力最大限度地提高發現對社會的益處，而不是最大限度地提高大學的收入。
我們的監管流程也需要簡化。在綠色能源等高度監管但快速發展的行業中，為資料稀缺且處理耗時的時代設計的法規給創新者帶來了不必要的阻力。消除瓶頸將加快速度並降低成本。
歐洲和亞洲已採取措施建立對創新者的激勵措施。法國、中國和日本採用了基於數量的研究稅收抵免，獎勵公司研發活動的總量。相比之下，美國以零敲碎打的方式授予稅收抵免，這種繁瑣的方法讓許多美國公司不屑一顧。歐洲研究區於 2000 年首次啟動，並於 2007 年重新啟動，以將工作重點放在到 2020 年實現共同願景上，其持續發展導致了歐洲國家之間研發投資和合作的增加。也許美國可以為美洲建立一個聯邦研究組織。
這些想法背後的理念是將文化轉變為一種認識到長期投資和創造合理激勵機制的價值的文化。如果我們做得對，我們將建立一個創新生態系統，該系統將在下一個世紀繼續將偉大的科學轉化為變革性技術。