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《改变世界的120项神奇发明》
（满足探知欲望，培养创新思维；了解伟大的发明、发现背后的神奇）
编辑推荐
1.本书图文并茂，条分缕析，解读了自1790年以来120项具有创新意义且对世界具有重大影响的发明。
2.本书涉猎广，既有历史的再现，更有时代的特色，分别介绍了26项重大的革命性发明、20项非常人性化的发明、24项便捷性发明、17项令人愉悦的发明、18项引领成功的发明、15项奇妙的发明。
3.本书解读了每项发明的实际用途、产生背景、基本原理，以及创造出的巨大价值。
4.本书在引领人感受发明创造的巨大魅力、乐趣的同时，还能够让人激发灵感，培养发明创造的创新思维。
内容简介
《改变世界的120项神奇发明》介绍了包括医药、航空、计算机、农业、消费品等多个领域的对社会发展产生重大影响的120项发明，既包括美国20世纪50年代流行的阴极射线管、DNA指纹等相对传统技术领域的发明，也包括无线网络及 CRISPR基因编辑技术等高新技术领域的发明。本书对每一项技术都配以图解和详细的文字叙述，说明了它们的工作原理，还介绍了这些发明在商业领域创造的巨大价值。
这些发明，是自1790年以来美国专利商标局申报的9500万项发明中*具创新意义的伟大发明，对全世界均产生了重大影响。书中在介绍每一个发明的同时，还介绍了发明家一些鲜为人知的趣味故事，包括当时一些报纸的趣味性报道，以及申请发明专利的内容。
作者简介
本·埃肯森（Ben Ikenson ）
美国自由作家，长期致力于科普作品创作，在全国性及国际性杂志，如《地球岛》《北美体育人》《新墨西哥》和《美洲印第安人》等上面发表了大量有关野生动物对话的文章。
杰·班尼特（Jay Bennett）
美国大众机械网站编辑，长期致力于科普作品创作，著有《史密森尼博物馆》《科普》《杂志之外》《美国职业棒球联盟》等作品，现居纽约布鲁克林。
目录
致谢
前言
引言 发明专利历史
第一章 重大的革命性发明
飞机 人工心脏 蓝牙 大脑植入 相机 CRISPR（规律间隔成簇短回文重复序列）基因编辑 DNA（脱氧核糖核酸）指纹识别 炸药 全球定位系统（GPS） 石墨烯 直升机 内燃机 iPhone（苹果手机） 灯泡 核反应堆 青霉素 制冷设备 火箭 摩天大楼钢 潜艇 电报 电话 三维（3D）打印机 第三代无线移动通信（3G） 打字机 橡胶硫化 X射线管
第二章 成功的小发明
气雾剂罐 阿司匹林 带刺铁丝网 条形码 电池 瓶盖 计算器 玻璃纸 口香糖 柯尔特左轮手枪 吸管 李维斯特劳斯蓝色牛仔裤 光纤 皮礼士自动取糖机 三极管 尼龙搭扣 拉链 芝宝打火机
第三章 非常人性化的发明
黏性绷带 安全气囊 空调 假肢 仿生眼 文胸 平衡轮椅 凯夫拉 激光眼科手术 磁共振成像 机械外骨骼 尼古丁贴片 降落伞 百优解 盲人阅读系统 呼吸器 安全带 感烟探测器 排除海龟装置 维生素
第四章 奇妙的发明
人工草皮 气泡膜 鸡护目镜 可逃出的棺材 基因工程 山羊牵引鞋 熔岩灯 磁悬浮 霓虹灯 占卜板 鸽子起动器 特雷门琴 “高耸的地狱”——灭火毯 齐柏林飞艇
第五章 便捷的发明
自动柜员机 自行车 后膛装弹军械 碎煤机 轧棉机 门锁 抽水马桶 冷冻食品 手铐 螺丝刀 约翰迪尔犁 猫砂 割草机 微波炉 巴氏灭菌法 测谎仪 便利贴 遥控器 自动驾驶汽车 太阳能电池板 卫生棉条 交通信号灯 真空吸尘器 伟哥（西地那非）
第六章 令人愉悦的发明
篮球 玉米片 汽车电影院 蚀刻素描画板 芬达的斯特拉托卡斯特电吉他 自动点唱机 桃子 留声机 四旋翼无人机 无线电广播 过山车 轮滑鞋 “机灵鬼”（螺旋弹簧玩具） 滑雪板 自由女神像 电视机 虚拟现实系统
附录 发明专利小常识 三类发明专利
参考书目
致谢
首先，我要感谢我的母亲梅根和父亲乔·班尼特，他们是本书最早也是最可靠的审校者，当我在思考这个世界的运作方式时，他们给我注入一种令人愉悦的感受。
黛娜·邓恩（Dinah Dunn）和汉娜·史密斯（Hannah Smith）负责本书编辑工作，她们为处理书中我们添加的发明细节起了至关重要的作用。我还要感谢《大众机械》（Popular Mechanics）杂志的两位编辑——安德鲁·莫斯曼（Andrew Moseman）和埃里克·莱默（Eric Limer），他们率先向我介绍了罗列在本书中的大部分技术，并且几乎每天都能不断地给我带来新的不平凡的发明成果。
最后，我要感谢美国专利商标局，它们致力于促进创新并与这个世界一道分享最伟大的专利发明。
前言
我欣赏艺术家的作品，但在我看来，它们只是影子和假象。我想，是发明家奉献出一些实实在在的创造，影响着整个世界。 ——尼古拉·特斯拉
过去几个世纪，发明都是以专利的形式得到认证——以书面形式最终确认某项发明属于某位发明家——他或她。它代表了长时间的劳动、看似无休止的试验和一连串的错误，以及在
最终发明成熟之前的几十次（或许是数百次）的失败。
今天，发明专利扮演着稍微不同的角色。是的，它们仍然可以是对新产品合法发明人的最终批准认证，但企业对专利权的使用和技术的发展已经改变了一切。现在，公司为他们数百
种还没有或可能永远没有制造的设备、产品、发明和创意申请专利，目的只是试图预测未来。 这些奇特的专利包括带有内置麦克风的颈部文身、来自谷歌公司的测谎仪，以及来自福特公司的一个能从汽车上弹出的轮子——让人可以像骑踏板车一样骑着它。一旦这些发明有一天真的成功面世，这些公司会因此获利。
今天的发明者很少会在黑暗的地下室里修修补补——直到有一天，经历无数次手被烫伤和无数次部件破碎之后，他们的劳动成果终于成为人类文明的新事物。但这个世界的尼古拉·特斯拉们并没有消失。他们只是参与一个新的过程 ——一个21世纪技术进步所特有的合作和发展过程。
作为一项广泛的调查，本书关注专利谱系中的所有分支——无论是几个世纪前的还是刚刚萌芽的新发明。气泡膜和带刺铁丝网与仿生眼一样有趣迷人。每一项发明记录了我们的价值观、我们的个性特质及对人类本质至关重要的发明精神。
谁发明了苹果手机（iPhone）？史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）只是一位大胆的领导者，实际上，有14人被列为这个超短又含糊其词的“电子设备”专利的发明者。其实，苹果手机并不是一项新技术，而是几个现有技术的结合——如无线互联技术、媒体存储、触摸屏用户界面、第三方应用程序开放平台和全球定位系统（GPS）。GPS可以说是到目前为止，21世纪最具影响力的产品，它不仅改变了我们的生活方式，也改变了我们的思维方式。
有关自动驾驶汽车的发明情况又是怎样的呢？全球各大汽车公司与大型科技公司一样，都拥有数百项与自动驾驶汽车相关的发明。（有趣的是，特斯拉有限公司并没有。）反倒是意大利一家小型研究公司的VisLab（视觉与智能系统实验室）突破了瓶颈，并在2013年推出了第一
辆能够在公共街道自行驾驶的汽车。
未来的自动驾驶汽车——一辆放学时接你孙女的汽车——将是几十年来不断改进、不断创新，以及海量数据存储的成果。
本书堪称图文荟萃的发明集，展示了每个发明的基本原理、发明者的初衷（有时候与其最终用途大相径庭），以及介绍了这些发明之所以申请了专利，目的是为了保护发明者这些独特的有远见的天才。除美国外，许多发明都在发明者的祖国获得了专利认证。为了保持一致性，本书使用的专利语言和插图主要来自美国专利商标局。
自托马斯·杰斐逊于1790年颁发第一项发明专利以来，美国专利商标局已经授予了超过9,500万项发明专利以促进科技进步和经济繁荣。 本书列入的发明仅代表其中的一小部分。 在本次修订中，我们增加了15个新主题：三维（3D）打印机、第三代无线移动通信（3G）、视网膜植入（仿生眼）、蓝牙、规律间隔成簇短回文重复序列（CRISPR）基因编辑、无人直升机、机械外骨骼、全球定位系统、石墨烯、苹果手机、磁悬浮、自动驾驶汽车、太阳能电池板、虚拟现实和大脑植入，试图揭示21世纪发明和创新的非凡过程。例如，你可能不知道四轴无人飞行器发明于1962年。此后这种新型飞行器一直休眠了半个世纪之久，直到围绕它的技术——微处理器和微型摄像机充分展示了它的潜力时，就像非洲草原的蝗虫一样，消费型无人机才从尘土中崛起并大规模兴盛起来。
不妨以全球定位系统为例，揭示许多发明都是“错误”的产物，是在尝试制造完全不相关的东西时意外发现的，只是全球定位系统的出现更偶然。这是一个事后的想法——美国卫星计划遗留下来的基础设施。当时几乎没有人可以预测到，将来会有这么多人无论走到哪里，口袋里都会装着功能强大的智能手机，这就像是拼图里隐藏着的那一块创造了我们今天所知的全球定位系统。
现代的发明不太可能像灯泡、内燃机或飞机那样，成为改变世界的全新设备。在文明进步的阶梯上，它们几乎总是完全依赖于之前的每架阶梯一步步拾级而上。这本新修订的《改变世界的120项神奇发明》，是基于发明专利的角度来阐述的，我希望它将有助于揭示这架梯子可以延伸到多高。
——杰·班尼特
引言 发明专利历史
国会有权……为促进科学和实用技术的进步，对作家和发明家的著作和发明，在一定期限内给予专利权的保障。 ——美国《宪法》第1条第8款
开端
尽管美国最初的13个殖民地中多数都支持某种形式的专利法，但正如我们现在所知，专利的最初概念并不是美国人独有的。1449年，英国国王亨利六世授予尤特纳姆的约翰（John of Utynam）一项专利，以表彰他制造彩色玻璃的独特技术。很明显，保护发明者的创意不仅有益于发明者个人，也有助于促进整个国家的经济增长。因此，在来自英国的移民抵达美国的同时，他们带来了专利法的概念。
美国开国元勋们对专利、商标和版权法的效用深信不疑，“知识产权条款”是美国专利法赖以建立的基础，它们的原则和信条被写入美国《宪法》第1章第8条第8款。事实上，当代美国专利商标局就是建立在早年通过的《1790年专利法》《1793年专利法》和《1836年专利法》这三个法律之上的。
托马斯·杰斐逊（Thomas Jefferson）等人于1790年率先制定了美国的第一部专利法，即《1790年专利法》。该法规定所有发明专利申请必须附有其发明的模型，因为杰斐逊认为专利只应颁发给有形的东西，不包括想法。该法也明确禁止外国专利在美国土地上获得保护。佛蒙特州匹兹福德的塞缪尔·霍普金斯（Samuel Hopkins）是新专利局授予的第一个美国专利的获得者，因其“改良了钾盐的制作技术”。
几年后，第二部专利法获得通过，部分原因是为了应对发明者对第一部专利法效率低下的抱怨。1793年，托马斯·杰斐逊和亚历山大·汉密尔顿折中了两部相互冲突的法律，起草了《1793年专利法》。该法设立了正式的审查委员会，由国务卿、司法部长和战争部长三个职位组成。但是，专利局内的组织机构仍然很少。000000000
重塑美国专利局
美国内战前和重建期间，专利申请的数量不断增加，更加坚定了政府建立一个更有效率的专利局的必要性，于是《1836年专利法》出台。由此，美国专利局得以设立，并成为政府的一个部门。帮助起草该法案的亨利·埃尔斯沃思（Henry Ellsworth）被任命为该法实行后的第一位专利委员。除了简化申请程序，《1836年专利法》也要求将所有新专利的副本分发给全国各地的图书馆，为公众普及最新发明的相关知识。现在的美国专利局是以这个法案为基础建立的。
1975年，美国专利局更名为美国专利商标局。今天，它是美国商务部的14个局之一，位于弗吉尼亚州阿灵顿，这里有5，000多名雇员从事专利和商标申请的审查工作。00000000000
模型的麻烦
1836年12月15日，一场大火摧毁了美国专利局的所有记录和大多数专利模型。随后国会拨款10万美元用于修复3，000个最重要的模型。40年后，第二次火灾摧毁了另外7.6万个模型。1880年，对模型的要求被认为是不切实际的。于是，1893年，剩余的模型被封存起来。
最后，这些模型要么被拍卖，要么下落不明。其中约有2，500个模型最终被史密森学会收藏，而多达数千个模型成为慈善家亨利·威尔康（Henry Wellcome）爵士的名下财产。据说，他打算为它们建立一个博物馆。他死后很多模型被拍卖了。1979年，航空航天工业设计师兼发明家克里夫·彼得森（Cliff Petersen）以50万美元的价格买下大约800箱模型——其中一些自1926年被打包封存以来就没有被打开过。彼得森向美国专利模型基金会捐赠了3万件模型和100万美元，他本人收藏了大约5，000个模型。但许多有历史意义的模型仍然散落在古董店和跳蚤市场。
专利模型之家
1998年，艾伦·罗斯柴尔德（Alan Rothschild）在纽约卡泽诺维亚（Cazenovia）创建了罗斯柴尔德-彼得森专利模型博物馆（Rothschild Petersen Patent Model Museum）。他的藏品中有很大一部分是从克里夫·彼得森那里收购的。罗斯柴尔德还购买了阿肯色州史密斯堡专利模型博物馆的所有模型，一共82个。这些模型的几张照片得以在本书中呈现，得感谢罗斯柴尔德-彼得森专利模型博物馆的大力协助。00000000
第一章 重大的革命性发明
1909年7月，莱特的飞机在弗吉尼亚州迈耶堡试飞
专利名称：飞机
专 利 号：821，393
专利日期：1906年5月22日
发 明 者：（俄亥俄州代顿市）奥维尔·莱特（Orville Wright）和威尔伯·莱特（Wilbur Wright）
人类必须超越地球——到达大气层的顶端，并超越大气层，只有这样，他才能完全了解他所生活的世界。 ——苏格拉底
用途
使人类能够通过飞行的方式旅行。0000000000
背景
1903年12月17日，从北卡罗来纳州基蒂霍克发来的一封电报，揭开了历史上重要的新篇章。在电报中，奥维尔·莱特告诉父亲，他和哥哥威尔伯在当天早上测试了他们的发明——飞行器，获得成功。在那天早上最后的测试中，威尔伯在空中停留了59秒，行进了259.69米。
飞行一直是人类的梦想。那天早晨所发生的事情在很大程度上到达了无数个世纪以来人类愿望与意志的顶峰。莱特兄弟选择了在北卡罗来纳州的外班克斯（Outer Banks）试飞，原因是，该地多风，有助起飞，而且松软的沙滩也能让飞机降落更安全。
莱特兄弟的飞行器类似一架复杂的现代悬挂式滑翔机。操作员把飞行器固定到位，然后推动它沿轨道前进，在发动机和风力的驱动下飞离地面。其轻质材料和空气动力学设计是成功的关键。
2003年对飞机来说是一个明显的里程碑：飞机飞行已历百年。这年12月17日，恰好是距莱特兄弟成功飞行一百周年之日。然而，在有人试图重现那段历史时，发生了意外。
据美联社报道：“当一架细棉布机翼飞机沿着一条木制的发射轨道呼啸升空的时候，大约有3.5万名观众为之欢呼雀跃。但这个欢呼声突然变成了一片叹息，大家眼睁睁看着这架飞机摇摇晃晃，最后掉在赛道尽头一个泥泞的水坑里。”
工作原理
双翼飞机的设计特点是有两架“飞机”——在专利说明图*（见下图）中，平行叠加的机翼（1）和（2）成一定角度，既能以合理的速度推进，又能被风驱动升起。飞机是由轻巧、坚固、柔韧的布覆框架构成。
1．一系列的横向梁、纵向肋材和对角拉线形成一个桁架系统，将飞机构件固定在一起，形成设计的中心部件。
2．V形臂（23）有助于支撑由枢轴（25）连接的后置垂直方向舵（22），枢轴（25）上安装有槽轮或滑轮（26）。
3．舵柄绳（27）穿过滑轮，横向伸出。
4．舵柄绳系在另一根绳索（19）上，该绳索穿过飞机下部的上表面，移动支架（18）用来转动方向舵。
5．在飞机的前部，两根支柱（29）将水平舵（31）固定在适当的位置，水平舵（31）后缘位于操作者的正前方且可以上下操纵。
*为保持每个发明申请专利时设计图的原貌，本书对其英文部分不再翻译。设计图中的FIG，系英文FIGURE的缩写，意为图形、图表。
协和式飞机曾是世界上飞行最快的非军用飞机，飞行速度为每小时1，350千米。它能以超音速飞行在18，288米以上的高空，从纽约到伦敦只需3个小时，飞行时间不到波音747飞机的一半。因受商业趋势和2001年“9·11”事件影响，这种表现非凡的飞机的市场需求减少，于2003年结束了最后一次飞行。
发明者的话
“我们发明的飞机借助机械动力或地球引力，依靠一个或几个倾角不大的机翼前缘冲开空气而持续在空中飞行。”
“我们的目的是创造出能维持或恢复平衡的装置，可以垂直和水平地操纵它，同时它是一个轻巧、有力、便利并具备其他优点的机器。”
“飞机能在空中停留，是因为它的一个或多个机翼的下表面与空气以小冲角相接触。”
人工心脏模型
人工心脏
专利名称：软壳蘑菇形心脏
专 利 号：3，641，591
专利日期：1972年2月15日
发 明 者：（犹他州盐湖城市）威廉·J.科尔夫（Willem J. Kolff）
用途 协助或取代人类心脏的功能。00000000000
背景 心脏可以被人工替代品成功替换，即使只是暂时的，也是对人类聪明才智的最好证明。一般成年人的血管，如果连成一条线，能绕地球好几圈。心脏负责向这些复杂的静脉和动脉提供血流量。这是一项很重要的工作，且随着我们的成长，变得越来越重要。如果我们因慢性高血压、冠心病、心脏瓣膜病或心肌炎等一系列疾病造成心脏功能丧失，那么提供血流量就变得更加困难。
随着医生对心脏的复杂性有更多的了解，人工心脏也继续向前发展。最初提出人工心脏想法的，是出生于荷兰的美国医生威廉·J.科尔夫，他是犹他大学外科教授。1972年2月15日，他获得了第一颗人工心脏的专利。这天，恰好是情人节之后的第二天；这天，也恰好是他生日的第二天——他出生于1911年2月14日。
1982年，一颗人工心脏被成功移植到一位病人身上，手术结束后，患者维持了112天的生命。2000年，患者彼得·霍顿接受了人工心脏，并维持了7年生命，是迄今为止因移植人工心脏而存活时间最长之人。
威廉·J.科尔夫还发明了一种人工肾透析机。1985年，他入选美国发明家名人堂。
工作原理 人工心脏是一种复杂的构造，包括两个基本循环系统：填充和释放。
在下图左图（FIG1）中：
1．血液泵送室（10）被封闭在柔性壁（11）内。
2．非弹性的柔性网（12）限制了壁体过度膨胀。
3．血液通过阀座（15）和阀头（14）之间的开口进入泵室，其位置在蘑菇形泵送构件（13）的顶部。
4．另一个阀门（16）防止血液在心室充盈阶段倒流。
在下图右图（FIG2）中：
1．迫使空气进入蘑菇形泵送部件。
2．当泵送部件膨胀时，阀头（14）和阀座（15）在顶部将腔室密封，以防止血液回流。
3．然后通过释放阀（16）泵出血液。0000000000
发明者的话 “最理想的状况是，人工心脏的血液输出量与血液输入压力相应且基本成正比。输出量和入口压力之间的关系被称为斯塔林（Starling）心脏定律，这是设计人工心脏的重要考虑因素之一。因为这种关系可以防止入口血管因泵送室或输出量不足的血池被过度抽吸而造成塌陷。”
蓝牙 专利名称：多个移动通信设备间的连通
专 利 号：EP 1016242 A1
专利日期：2000年2月15日
发 明 者：（瑞典隆德市）雅克布斯·雅普·哈尔特森（Jacobus Jaap Haartsen）
用途 此无线系统允许电子设备使用短波超高频无线电波进行短距离数据交换。0000000000
背景 蓝牙，最初称为短线连接无线电技术，1994年由荷兰电气工程师雅克布斯·雅普·哈尔特森发明。当时，他在爱立信公司移动终端部门工作。该技术允许电子设备，如智能手机、扬声器或计算机，无需连接电缆而使用低功耗射频交换数据。
虽然爱立信公司在美国拥有多项与蓝牙技术相关的专利申请书，但专利流氓发起的持续诉讼和索赔已经混淆并延迟了许多申请流程。术语“专利流氓”用来指称试图滥用专利权、声称拥有合法发明权的个人或公司。专利流氓通常声称旧专利赋予他们一项新技术的专利，哪怕此专利实际上不能概述该技术的系统或机制。专利流氓经常能够延缓一项技术的合法专利权发布，并从随后的诉讼中获得经济利益，就像蓝牙在美国的遭遇一样。然而，雅克布斯·雅普·哈尔特森和爱立信公司确实在欧洲持有多个蓝牙关键技术的专利，比如此处列出的专利。
如今，全球数十亿台设备使用蓝牙技术。每个带有蓝牙的电子设备内部包含一个小型计算机芯片，用作蓝牙无线电装置，同时运行必要的软件以连接到另一个蓝牙无线电设备上。当芯片靠近另一个蓝牙设备时，两者可以通过频率介于2.4 GHz和2.485 GHz之间的无线电波连接或“配对”。配对的蓝牙设备使用被称为“微微网”的短程网络相互通信，这是哈尔特森专利中使用的名称。一台设备充当主设备，可以向多达7台连接的设备发出命令。
蓝牙技术主要用于高品质音频流，比如从智能手机到一对蓝牙耳机或蓝牙音箱。当然，蓝牙技术不仅仅用于音频，也用于其他智能消费产品，如智能篮球和智能服装也使用短线连接无线电技术。通过低功耗无线电波使所谓的物联网（IoT）实现了连接许多电子设备的能力，比如连接智能家居中的恒温器、电灯、锁，乃至冰箱。随着开发人员不断寻找新用途并创造新的设备连接到不断增长的无线网络，蓝牙技术的潜在应用实际上是无限的。00000000
工作原理
1．电子设备中的小型计算机芯片充当短波超高频无线电。
2．计算机芯片运行软件使用频率在2.4 GHz和2.485 GHz之间的无线电波，并向其他蓝牙设备发送其位置。
3．当两个蓝牙设备相互识别时，它们可以连接或“配对”，并实现无线共享数据。
4．一台蓝牙设备（通常是智能手机或电脑）充当主设备，向耳机或扬声器等其他设备发送控制命令。
5．无线连接支持多种应用程序，包括流式音频、将无线键盘连接到计算机、从健身监控器跟踪数据，甚至替人们开灯或通过手机锁上前门。
发明者的话 “我接到一个任务，构思一个能支持语音和数据的无线数字化系统。我从零开始，但最终成功了。我研究了现有的系统，了解了很多移动系统，对于真正的短程技术来说，它们太复杂了。我也考察了无线系统，如DECT（数字增强型无线通信），它非常依赖基站和其周围的无线基础设施。对于蓝牙，我被要求做的事情实际上是一个对等网络，是在一定范围内的设备之间点对点的专门网络。”0000000000
大脑植入 专利名称：三维电极装置
专 利 号：US 5215088 A.
专利日期：1993年6月1日
发 明 者：（犹他州盐湖城市）理查德·A.诺曼（Richard A. Normann）、帕特里克·K.坎贝尔（Patrick K.Campbell）和凯利·E.琼斯（Kelly E.Jones）
一名瘫痪的妇女使用大脑植入物控制机械臂喝到咖啡0000000
用途 这种植入大脑的电子设备通过发送和（或）接收电信号与神经元连通。神经植入物可用于监测受试者的大脑活动，恢复由于大脑受到损伤而失去的感觉，如视觉和听觉，甚至创造一个大脑—计算机接口。0000000000
背景 19世纪70年代的医学家们认识到，脑电刺激可能引起动物和人类的运动。在20世纪，第一项研究结果表明，人们可以利用脑电刺激来改变一个人的情绪或行为。20世纪70年代初，耶鲁大学的生理学家乔思·德尔加多（José Delgado）发明了“刺激接收器”。这是一种植入大脑的装置，它使用被称为神经冲动的电信号来刺激神经元。1973年，德尔加多写道，用无线电信号刺激大脑“产生了多种多样的效果，包括愉快的、兴奋的、深刻的、深思熟虑的、奇怪的感觉，还有超级放松、彩色视觉和其他反应”。
20世纪80年代后期，神经植入技术又出现了一个突破，犹他大学的理查德·A.诺曼、帕特里克·K.坎贝尔和凯利·E.琼斯发明了所谓的“犹他阵列”——一排针状电极可以植入大脑并极其准确地刺激特定神经元或神经元组。后来，使用犹他阵列的专利应用——“大脑植入装置”被描述为：“可以通过数个金属针与大脑连接，用于检测电信号或将信号传输到大脑的一种植入式集成装置，这多少有点令人不安。”
近年来，由于无线技术和不断改进的电极阵列，大脑植入物变得越来越复杂且发展势头不可阻挡。犹他阵列仍然用于研究，这些阵列通常小于一枚一角硬币，但已有其他植入物开始取代它们。比如一个叫作“Stentrode”（支架）的装置，它看起来类似于一根缝纫针，可以放置在大脑一侧的血管内。“神经花边”技术使用网状结构在更多电极的作用下覆盖大脑更大的部分以增强其功能。（神经花边技术被认为在允许用大脑精确控制计算机方面存在巨大潜力。）
今天的大脑植入物可以使人们移动和控制机械假肢，也可将人们的想法在计算机上显示出来，它们还能与相机和眼部植入物一起使用，以恢复类似盲人的视力（见《仿生眼》）。2017年3月，一位因一次自行车事故而导致肩膀以下瘫痪的56岁男子，他的大脑里被医生植入了神经系统传感器，他的手臂上被医生植入了电极。神经系统传感器检测到了他的想法（或者叫大脑信号），并将它们传送给计算机，计算机通过外部电缆将信号发送到他的手臂上的电极上，能够让他移动肢体。
“这太棒了，”比尔·科切瓦尔告诉美联社，“我简直不敢相信，我只要想想就能做到。”
在未来，大脑植入物可以让人们用思想控制更先进的系统，如计算机编程或驾驶车辆。由此，医疗福利也将得到改善，医生可以绕过受损的神经连接，使瘫痪的肢体恢复运动。
神经植入技术的下一个重大飞跃是这样一种设备，它既可以发送信号来控制计算机系统，又能从计算机接收信号来提升大脑的能力。特斯拉公司创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）和美国太空探索技术公司（SpaceX）最近宣布，一家名为Neuralink的新公司将致力于研究和开发“神经花边”技术。这些设备将首先在医疗行业得到应用；但埃隆·马斯克表示，使用“神经花边”技术增强认知能力是必不可少的，它将连同人工智能一起为未来经济做出贡献；在迪拜举行的2017年世界政府首脑峰会上，他说，我们需要“生物智能和机器智能的结合”。000000000
工作原理
1．一个包括一系列电极的小型电子设备被植入人的头部，可以放置在头骨外面或内部，但最常见的是直接放置在大脑表面，附着在大脑皮层。
2．这种神经植入物可以检测、阻断、记录或刺激大脑神经网络中神经元群的信号。
3．然后，植入物检测到的信号通过无线设备或有线连接传输到计算机，计算机系统读取和解读这些信号。
4．检测到的神经信号被记录下来并绘制成大脑模型，探索大脑是如何工作的。
5．这些信号也可以被计算机转换成一系列控制指令，如移动机械臂或假肢。
6．如果植入装置包括电极阵列，则电信号可用于刺激大脑中的特定神经元并恢复失去的大脑功能或引发情绪反应。
7．研究人员正致力于开发一种大脑植入物，可以绕过受损的神经连接并恢复运动或视力等功能。
8．一些未来学家认为，最终，神经植入物与计算机系统相连可以发送信号刺激大脑并增强其功能，比如提高效率或改善记忆。000000000
发明者的话 “该电极阵列特别适合用作神经元接口装置并植入大脑皮层。更具体地说，图示中的电极阵列适合用作盲人的视觉假体。通过某种方式（如摄像）将视觉图像压缩成电信号，然后再将其提供给电极阵列。”
制作于1840年的沃尔科特相机
相机 专利名称：通过凹面反射镜和反射板，使反射光或其他光线成像的方法
专 利 号：1，582 专利日期：1840年5月8日
发 明 者：（纽约州纽约市）亚历山大·S.沃尔科特（Alexander S.Wolcott）
用途 捕捉实时的、静止的图像，然后将这些图像印在纸上，保存为“照片”。
背景 1840年，亚历山大·S.沃尔科特（Alexander S. Wolcott）成为美国第一个获得摄影发明专利的人。在欧洲，法国人达盖尔（全名路易斯-雅克-曼德·达盖尔，Louis-Jacques-Mandé Daguerre）开发出了一种使用光在平板上捕捉图像的方法。但这些名为“达盖尔（银版）照相法”所需的曝光时间非常长，所以最适合拍摄无生命的物体。1839年，达盖尔发表了达盖尔照相法制作过程的报告，有创造力和企业家精神的美国人塞缪尔·F.B.莫尔斯（他曾经是一位肖像画家）和沃尔科特抓住了这个概念并着手改进它。作为牙医的沃尔科特提出了在相机内部添加凹面镜的想法，将强烈的光反射到平板或胶片上，这明显地加快了曝光时间。在该专利发布前两个月，沃尔科特和合作伙伴在纽约开了世界上第一家肖像工作室。
望远镜的发明者亨利·菲茨（Henry Fitz），他与沃尔科特合作开发了照相机
工作原理 如下图所示：
1．小的开放的钢架（C）立在一个盒子内的支架（D）上。
2．将支架固定在一块木头（E）或其他可以沿着盒子底部滑动的材料上。
3．相机顶端的一扇门（A）用作目镜。
4．放置在盒子内的凹面反射器能够反射图像，图像将通过小钢架呈现。
5．用于显像的材料被放在一个小钢架内。
6．通过反射镜作用于材料上，被拍摄之人的肖像被印在材料上。
发明者的话 “当人们使用相机——带有反射器的盒子A和C时，应该把要照相的人安置在椅子上，并附加一些适当的支撑头部的东西，使他保持完全静止；接着，将相机置于人的正对面，将试板放置好或靠在框架C上，并通过滑动件E来调节焦点；然后移除试板，把纸张或其他要使用到的（用任何一种众所周知的通过发光或其他方式制备的）东西放置到位，并等到足够的时间后形成图像。”00000000000
CRISPR（规律间隔成簇短回文重复序列）
基因编辑
专利名称：CRISPR-Cas系统和改变基因产物表达的方法
专 利 号：US 8697359 B1 专利日期：2014年4月15日
发 明 者：（马萨诸塞州剑桥市）张锋（中国河北省石家庄市人）
用途 把DNA（脱氧核糖核酸）的遗传结构、RNA（核糖核酸）和Cas9酶注射进一个有机体来删除或替换DNA分子的一部分，改变有机体的基因组成和物理特征。000000000
背景 CRISPR-Cas9（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9）是一种生物医学工具，可用于编辑生物体的基因，改变生物体的物理特性和（或）免疫系统功能。该工具是一种基因构造，是一种人工组合的核酸分子——DNA链的构建模块。整个工具由三个主要部分组成：可以定位生物DNA特定片段的RNA链，能够删除DNA某一段的Cas9酶，以及可插入以取代被删除的DNA链并改变生物体的基因组。
该技术应用广泛，其中许多应用目前正在科学研究中，这些研究可用于基于该工具的重大商业服务。CRISPR-Cas9可用于设计农作物，使其产量更高，对疾病的抵抗力更强。此项技术已在中国试验成功。经试验，山羊的肌肉和毛发生长速度是未经改良的普通山羊的两倍——可以用来扩大国家的畜牧业。目前甚至在研究用CRISPR-Cas9改良猪的器官，使它们可以用于人体移植。
然而，CRISPR-Cas9研究的主要焦点是与之相关的疾病预防。科学家们已经使用基因编辑工具来设计蚊子，使其不能携带疟原虫。比如，长期目标是改变整个蚊子种群，旨在减少高风险国家感染疟疾的危险。美国和中国也正在研究使用CRISPR-Cas9改变人类的免疫系统，使其T细胞能有效地杀死癌细胞。这项研究可能会带来全新的癌症治疗方法，甚至治愈癌症。其他正在进行的研究还包括，从出生前的胚胎里最终消除基因突变，这种全新的方式可以预防患者出生前的遗传性疾病。
在CRISPR-Cas9出现之前，还有其他基因编辑工具可供生物医学科学家使用，但该工具更易于使用，更准确，更实用，明显也更便宜。即使如此，随着技术不断成熟，仍存在生物体DNA片段被错误删除的风险，或替代链可能无法在生物体基因组中占据一席之地，导致意想不到的基因突变。
加州大学伯克利分校（University of California，Berkeley）和博德研究所（Broad institute）——一个与哈佛大学和麻省理工学院合作的非营利研究机构，对于谁拥有CRISPR技术的首个专利陷入了法律纠纷。该专利授予了博德研究所的张锋，因为他是第一个发布并直接详细地提供了成功的实验——改变真核细胞或多细胞生物，这是人类细胞的类型。虽然伯克利的专利是第一个提交申请的并基于早期的研究，概述了一个更简单的方法，但只将CRISPR-Cas9用在原核生物或单细胞生物上，特别是细菌上。博德研究所详细描述的方法最直接适用于将来使用CRISPR-Cas9的开发产业和持续研究。
博德研究所的张锋是第一个利用CRISPR技术成功改变真核细胞的人。博德研究所和加州大学伯克利分校就谁拥有第一项专利存在法律纠纷000000000
工作原理
1．将DNA结构注入生物体中，通常是一个胚胎，因此基因变化将应用于整个生物体中，但也可从人体中提取活细胞，用CRISPR编辑它们，然后再注射回患者体内。
2．RNA链是一种读取和解码DNA的遗传物质，可以识别生物体中将要被改变的DNA片段。
3．Cas9酶删除这段DNA。
4．作为可选的最后一步，可以在被删除的地方嵌入新的DNA链。如果基因编辑工具仅用于从生物体中去除某个特征（如基因突变），则不需要这样做。000000000
发明者的话 “很长一段时间以来，我们已经知道了基因突变导致疾病，所以产生一个想法：如果我们知道哪些突变导致疾病，那么，为什么不进入突变内部，更换它并将其恢复到正常顺序？”0000
专利名称：基因组DNA鉴定方法
专 利 号：5，175，082
专利日期：1992年12月29日
发 明 者：（英国莱斯特市）亚历克·J.杰弗里斯（Alec J.Jeffreys）
用途 一个人的DNA模式就像指纹一样独特。能够从DNA样本中创建一个遗传的“指纹”，在刑事调查或法医学中的亲子鉴定方面，能够提供明确的鉴别方法。
背景 杰弗里斯爵士发明的基因技术彻底改变了犯罪调查和法医科学。DNA或基因指纹识别技术用于根据DNA的独特性在特定物种内识别个体。
1984年9月，英国莱斯特大学的科学家兼教授杰弗里斯在英国南极考察站总部研究基因的进化。为了跟踪和标记基因的位置，分离出具有高度变异性的DNA小区域是很有用的。杰弗里斯用一块海豹肉作为实验对象，把海豹的基因与人类最接近的对应基因进行比对。他的比对实验促使他设计了一种能同时检测大量遗传物质变异的方法，从而得到一个意想不到的发现。他通过对基因的研究很快就发现DNA序列具有更鲜明的特征，而不是只能用于区分物种。
传统的指纹识别技术出现在更精确的DNA测试之前，DNA测试现在用于辅助鉴定
杰弗里斯和他的同事们偶然发现了第一个DNA“指纹”，马上就知道它的意义是巨大的。这个简单可靠的身份识别系统将在以下领域有广泛的应用：家庭关系建立、犯罪调查、医学研究，甚至野生动物研究。1994年，杰弗里斯的科学研究公开露面：检察官获取并出示DNA证据，证明辛普森（O.J. Simpson）在双重谋杀现场。现在，DNA证据经常用于刑事调查，许多因重大犯罪服刑的人已被免罪释放，因为DNA证据指向罪犯另有他人。
1992年，DNA指纹识别技术证实，1979年在巴西发现的一具遗体属于约瑟夫·蒙格勒（Josef Mengele）博士，他是奥斯维辛集中营臭名昭著的“死亡天使”。0000
工作原理 人体内的每个细胞都包含由23对染色体组成的DNA图谱。人类基因组中只有一小部分是因人而异的。DNA指纹识别方法重点研究这些小的染色体变异区域。在这里，DNA片段显示成对的染色体序列——可变数目串联重复，或称“微卫星体”，无论在何处会连续重复1到30次。在一个序列中，两个不同数量的重复来自成对的父系和母系染色体。在各种可变数目的串联重复位置取样的这些数字，创建了一个独特的DNA图谱。0000000
发明者的话 “本发明一般涉及多核苷酸、DNA和RNA探针，以及它们的构造和在基因特征中的应用。这些用途可能包括，如确定人类、动物或植物的起源，多核苷酸和探针可用于亲子纠纷、法医学，或用于预防、诊断和治疗遗传性疾病及有遗传性倾向的疾病。”
“在英国的专利申请编号为'No.8525252’（公开号2166445），该专利描述了各种DNA序列，它们可在人和动物内的多个多态性位点上，用作探针单独地杂交，从而产生由不同分子量标记带组成的'指纹’。”
“总的来说，指纹的特征是跟个体有关，不同频段的起源可以通过一个人的祖先来追溯，在某些情况下也可以假设与某些家族遗传疾病有关。”
准备起爆的炸药棒
炸药 专利名称：改良的爆炸性化合物
专 利 号：78，317 专利日期：1868年5月26日
发 明 者：（瑞典斯德哥尔摩市）阿尔弗雷德·诺贝尔（Alfred Nobel）
用途 这种相对安全有效的炸药（装在燃料棒中，运输安全，可从远处引爆）能产生各种强度可控的集中爆炸，用于拆除。
背景 诺贝尔既是科学家又是精通世故的企业家。作为一位富有的发明家和桥梁工程师的儿子，他懂得如何用一点聪明才智来获取巨额利润并改变工作方式。为此，他想出了炸药。作为那个时代最重要的工具之一，炸药立刻使采矿、建筑、公路和铁路建设变得更快，成本更低，它也给诺贝尔家族带来巨额财富。
在该发明获得专利之前，诺贝尔和他的父亲一起开发硝化甘油，作为一种商业上可行的爆破岩石的炸药。事实证明，试验硝化甘油（一种油性液体）是一项危险的以牺牲为代价的活动。早些时候的一次爆炸造成几人死亡，其中包括诺贝尔的弟弟，但诺贝尔仍然决心要试验成功。他使用有机添加剂修改配方，使硝化甘油的操作运输更安全。通过将二氧化硅与硝化甘油混合，他发现液体可以制成可塑性的糊状物。糊状物做成棒条状可插入钻孔，从而让爆炸变得最安全和最具战略意义。
在诺贝尔的一生中，他在不同国家、在各个领域拥有350多项专利，其中包括电化学和生理学领域。他在遗嘱中表示，把自己的大部分财产用于设立一个基金，奖励在物理、化学、生理学和医学、文学和和平领域取得的成就。由此，在诺贝尔的诞生地瑞典斯德哥尔摩，每个年度都举行诺贝尔奖颁奖典礼。
1846年，意大利化学家阿斯卡尼奥·索布雷罗（Ascanio Sobrero）发现了化学炸药硝化甘油。
1911年，诺贝尔化学奖被授予玛丽·居里（Marie Curie）。这位法国化学家发现了元素镭和钋。她的发现很快为制造一种比硝化甘油威力大得多的爆炸物做出了贡献。
工作原理
硝化甘油和吸收性二氧化硅以大约60：40的比例混合在一起，产生最小的有效爆炸，以78：22的比例可产生更大的爆炸效果。
1．该化合物被封闭在一个紧密、坚固的外壳内，用高于182.2摄氏度的温度引爆。
2．使用保险丝或雷管点火，可在远处引爆。00000000
发明者的话 “这个土壤（硅藻土）中的吸收剂性能如此之高，它能吸收约三倍于自身重量的硝化甘油而仍保留其粉末状，从而使硝化甘油非常致密和集中，仍保持它原有的爆炸威力；然而，如果使用另一种吸收能力较低的物质，被吸收的硝酸甘油比例会相应减少，炸药威力会相应地变弱或完全不会爆炸。”
全球定位系统（GPS）
专利名称：利用卫星和被动测距技术的导航系统
专 利 号：US 3789409 A.
专利日期：1974年1月29日
发 明 者：（佛蒙特州克拉夫茨伯里）罗杰·L.伊斯顿（Roger L. Easton）00000000
用途 全球卫星导航系统是由美国空军运营、美国纳税人出资，为任何带有GPS（Global Positioning System）接收器的设备提供具体的位置和时间信息。000000000
背景 今天，GPS是大多数移动设备和计算机上的一项日常技术。
使用它的应用程序，如谷歌（Google）地图，可以精确定位所处的位置并提供前往另一个位置的方向。全球定位系统的故事就是美国卫星进程的故事，因为GPS是跟踪卫星技术，以及通过卫星跟踪地球上物体的技术，是它们自然演变的结果。
伊斯顿是GPS主要技术的幕后掌控者。1955年，他与人共同提出海军研究实验室（NRL）先锋计划（Project Vanguard proposal）项目，最终被艾森豪威尔政府选中，由此美国发射了首批卫星。1957年，伊斯顿发明了一种追踪先锋号卫星的系统，名为Minitrack（无线电跟踪）；同年晚些时候，在苏联发射斯普特尼克1号（Sputnik 1）之后，他又将该系统扩展到追踪未知的卫星。
1959年，伊斯顿继续设计海军太空监视系统，这是第一个定位和跟踪经过美国境内的任何轨道物体的雷达网络。在20世纪60年代末和70年代初，伊斯顿开发的技术是定位和跟踪从太空进入地球的物体，而之前他研究的技术是追踪从地面进入轨道的物体。为了建立全球定位系统，特定的轨道轨迹已经建立，并已在卫星上搭载了高精度时钟，如Timation 1和imation 2。1977年美国发射的导航技术卫星2（NTS2），成为第一颗发射GPS信号的卫星。
罗杰·伊斯顿 根据狭义相对论和广义相对论，从地球上来看，轨道GPS卫星上搭载的时钟运行速度比地面上的时钟每天快大约38微秒。这种不一致可能会在GPS数据中产生距离可达10千米的误差，而且随着时间的推移会继续加大。伊斯顿和航空航天公司的伊凡·A.格廷（Ivan A. Getting），以及应用物理实验室的布拉德福德·帕金森（Bradford Parkinson）一起，设计了一种可以校正时差的系统，以提供精确的全球定位。
GPS于1995年全面投入运营，该系统拥有24颗卫星的网络。伊斯顿获得了乔治·W.布什颁发的2004年美国国家技术奖，并在2010年3月进入美国发明家名人堂。
工作原理
1．GPS网络由三个主要部分组成：卫星、地面雷达站和GPS接收器。
2．根据卫星的轨道，在任何给定的时间内，30多颗卫星的确切位置都是已知的。
3．地面上的雷达站用于确保卫星进入预测的位置，并校正任何变化。
4．电子设备（如智能电话）中的接收器接收这些卫星在头顶飞过时发出的无线电信号，并能准确地确定这个设备与卫星之间的距离。
5．GPS接收器必须锁定至少3颗卫星的信号来确定纬度和经度，并跟踪其运动。第4颗卫星可以确定接收器的海拔高度，如果它们正常可用的话，多颗卫星都被用来完善数据。
6．地理位置数据被传输到电子设备的地图显示器上。0000000000
发明者的话 “直到最近，天体导航技术为人类提供了最佳的陆地导航精度。通过引进人造地球卫星导航系统，人们对卫星的瞬时位置都能准确知道，一个新的导航精度等级成为可能。”
石墨烯
专利名称：纳米级石墨烯板
专 利 号：US 7071258 B1
专利日期：2006年7月4日
发 明 者：（俄亥俄州代顿市）张博增（Bor Z. Jang，中国台湾人）、黄文（Wen C. Huang，中国四川人）
用途 这个二维碳分子薄片，在原子尺度上堆积成六角形晶格，可以在分层后形成难以置信的坚固的复合材料，既能导热也能导电。0000000
背景 石墨烯是单层碳分子，仅有一个原子厚度，呈六角形蜂窝状结构。它来自石墨块，就像你在铅笔里发现的那样，只是它很难被分成单层。1948年，透射电子显微镜拍摄了少量石墨层的图像并发表。
整个20世纪，科学家们一直致力于研究这种有趣的物质及其越来越薄的薄片。直到2004年，曼彻斯特大学的安德烈·盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃塞洛夫（Konstantin Novoselov）才提取到单层单原子厚度的石墨烯晶体。他们使用一种被称为“透明胶带技术”的方法，使用胶带从一大块石墨中剥离一层石墨烯并将其沉积在二氧化硅基质上。因“二维材料石墨烯的开创性实验”，盖姆和诺沃塞洛夫获得了2010年诺贝尔物理学奖。
2002年10月，张博增和黄文申请了美国专利号7071258 B1，并于2006年7月获得批准。该专利描述了其中首批提取石墨烯的方法之一，即通过一种片状剥落技术取得石墨烯薄层。专利上写道：“更可取的是，所有长度、宽度和厚度值都小于100纳米。”然而，盖姆和诺沃塞洛夫剥离的石墨烯薄层只有一个原子那么厚，不到半纳米。
石墨烯具有许多有趣的特性，应用潜力很广。石墨烯层非常轻巧且强度高——比相同厚度的钢高约200倍。制造商和研究人员正在努力寻找一种大规模开发石墨烯结构的有效方法。
由于材料的耐热性、导电性和令人难以置信的高熔点——约为4626.85摄氏度，石墨烯被认为是计算机芯片中硅的替代品。石墨烯晶体管的电流传输速度可以比硅快几十倍，意味着计算机可以以更低的功率运行得更快。石墨烯材料还被用于制造高效太阳能电池板和快速充电电池。有关石墨烯应用的研究非常广泛，从医疗诊断设备、光学镜片、水过滤系统到飞机机身制造都涉及。随着制造方法的改进，石墨烯将更广泛地用于电子设备和制成品。00000000
工作原理
1．机械切割，也称为“透明胶带技术”，使用黏合剂薄膜从大块石墨中剥离出单层石墨烯。
2．生产大批量的石墨烯可以采用其他化学工艺。
3．在提取石墨片后，科学家将其悬浮在溶液中。
4．用硫酸或硝酸氧化石墨片，在石墨烯的各层之间插入氧原子并迫使它们分开。
5．然后，用约25纳米宽的薄膜过滤含有悬浮石墨烯层的溶液。
6．控制过滤过程，当石墨烯晶体覆盖其中一个膜孔时，引导液体通过其他未堵塞的孔排出。
7．通过覆盖膜中的所有孔隙，形成均匀的单层石墨烯。
8．然后，将石墨烯用于玻璃或塑料等材料上，随即石墨烯膜被冲掉。
9．最后用化学品肼处理薄膜，将氧化石墨烯转化为纯石墨烯。0000000
发明者的话 “我想说，石墨烯有三个重要特征：首先，它是二维的，这是研究基础物理学的最佳数值；其次，它的质量来源于极强的碳——碳键；最后，该系统也是金属属性的。”
伊戈尔·西科斯基乘坐的早期直升机
直升机 专利名称：直升机 专 利 号：1，994，488
专利日期：1935年3月19日 发 明 者：（康涅狄格州尼科尔斯）伊戈尔·I.西科斯基（Igor I.Sikorsky）0000000
用途 这款紧凑、多功能、由转子驱动的飞行器无需跑道即可起飞和降落，可在多个方向变速飞行、接近地面飞行，在相对较长的距离内载运乘客和货物。
背景 西科斯基似乎是那些幼年时期就能找到自己人生道路的人之一。他出生于乌克兰的基辅，孩童时期就被飞行迷住了；20岁出头时，他成为俄罗斯航空领域的领军人物。1913年，年仅24岁时，西科斯基建造了世界上第一架四引擎飞机，它是第一次世界大战所用轰炸机的前身。
为了追求自己的梦想，西科斯基移居美国并成立了西科斯基航空工程公司。从20世纪20年代中期到1940年，西科斯基制造了各种大型载客水陆两栖飞机。他的“飞艇”为自己赢得了成功和名望——更重要的是，为自己在美国航空领域赢得了极大的信誉。
一直以来，西科斯基一直对成功制造一架直升机很感兴趣，并致力于发明直升式单旋翼飞机；20岁在俄罗斯时，他曾试图建造一架，但没成功；30年后，他的决心有了结果：1939年9月14日，VS-300进行了首次飞行。第一架成功的商用直升机从此成了单旋翼直升机的原型，也是世界上用途最全的飞机，西科斯基被视为历史上在航空领域最重要的贡献者之一。
虽然西科斯基没有发明直升机，但他还是被认为是直升机之父，荣登1987年的美国发明家名人堂。
个人的工作仍然是推动人类进步的火花。 ——西科斯基
工作原理
1．直升机顶部的一个旋转式螺旋桨可产生必要的升力，并且可以倾斜地操纵飞行器。
2．尾部较小的旋转式螺旋桨提供转向机构。
3．虽然看起来相对简单，但操作直升机需要大量的协调和练习，以及双脚和双手的使用。
4．设置单手控制和操作直升机的横向方向，通过倾斜主螺旋桨来完成。
5．另一个手动控制器操作直升机的垂直方向，通过调整主螺旋桨的速度来完成。
6．两个脚踏板控制尾桨，尾桨充当直升机的方向舵。
与飞机不同，直升机可以向后飞，在半空中盘旋和旋转，它只需要最少的起飞和降落空间。000000000
发明者的话 “本发明的目的是，通过动力装置或依靠空气改变航向，成功解决直升机的扭矩补偿、转向和动力的应用，以实现垂直升降。”
“本发明的另一个目的是，发明一种廉价、简单和易操作的方法来控制横向和纵向稳定性的飞行器，并积极地引导它在各个方向上飞行。”
内燃机
专利名称：燃气发动机
专 利 号：365，701
专利日期：1887年6月28日
发 明 者：（德国莱茵河畔道依茨公司）尼古拉斯·奥古斯特·奥托（Nikolaus August Otto）
用途 提供一种用于点燃燃气发动机的装置，其中的气体在点火前进行压缩。奥托的发动机是内燃机的原型。活塞在封闭的容器内吸入并压缩内部的气体——空气混合物。火花点燃混合物引起膨胀。0000000000
背景 世界上人们对汽车的热爱始于在大街上奔驰的第一款伏特车型：T Fords，而且自此汽车的发展一直势头强劲。然而，汽车历史上最重要的创新之一是由一个从未真正参与汽车制造的奥古斯特·奥托发明的。奥古斯特·奥托对设计引擎产生兴趣之前是一名旅行推销员。1864年，他与一名合伙人创办了一家发动机制造公司。1876年，他设计了第一个实用的四冲程内燃机。
奥托公司在此后10年内销售了超过3万台新式发动机，现在它被称为Deutz AG（道依茨公司）。奥托与人共同创办的公司是最古老的内燃机制造企业。为纪念发明者而被命名为“奥托循环发动机”的装置仍然是今天发动机的典范。的确，在漫长的汽车发展史上，内燃机，即使不是真正的起点，也是一个重要的里程碑。
通常认为奥托的同乡，也是他的亲密同事戈特利布·戴姆勒（Gottlieb Daimler）曾在1885年使用奥托公司的引擎制造了世界上第一辆摩托车。戈特利布·戴姆勒一直是奥托公司的技术总监，后来继续完善研发自己的燃气发动机。000000
工作原理 使用活塞来促进内燃机的以下四个冲程：
1．进气阀打开，将空气和气体的混合物吸入汽缸。
2．将混合物在汽缸中压缩。
3．压缩气体在汽缸中膨胀。
4．打开一个阀门以释放废气。 发明者的话 “该发明是对一种燃气发动机点火装置的改进——点燃燃气发动机内的压缩气体。
“该装置包括一个紧压在汽缸滑动面上的滑动装置，通过弹簧拉动一个松散盖板运动，经由发动机轴进行适当的齿轮传动。这种滑动装置设有滑动杆和设定好的通道，见下面的附图，其中——
“图1（Fig1）显示了点燃汽缸时此设备的水平截面；图2（Fig2）显示了一个侧视图；图3（Fig3）显示了滑动装置的内表面，图3a显示了横截面；图4与图1显示相同的视图，其中滑动件位于其最右侧位置。”
汽车时代大事年表
也许没有其他发明能像汽车一样改变了这么多人的生活。汽油发动机的普及和易用性带给人们行动的自由，并永远改变了全球的面貌。但没有人可以声称自己拥有这份荣誉，即发明了我们今天所知道的汽车：汽油动力汽车的发明是历史上众多创新的结果，最早可以追溯到18世纪。
1769年—1770年 第一辆非马拉的公路车辆由法国军事工程师尼古拉斯-约瑟夫·库格诺（Nicolas-Joseph Cugnot）制造完成。他制造的一辆客车和一辆货车都是由蒸汽驱动的。然而，蒸汽动力车辆很快被认为太危险且脏乱，对于在常规街道上行驶来说声音很嘈杂。于是，工程师们开始寻找产生新的车辆动力的方法。
1860年 在比利时出生的法国人让-约瑟夫-艾蒂安·勒诺阿（Jean-Joseph-étienne Lenoir）获得第一个可行的内燃机专利。与蒸汽机类似，这个单缸发动机以路灯煤气为燃料，并由蓄电池点火，主要用于给机器提供动力。但事实证明，他的发明对于日常使用过于笨重。售完约500台发动机后，勒诺阿死于贫困。
1901年，阿道夫·戴姆勒（Adolph Daimler）和他的妻子、戈特利布·戴姆勒的儿子、梅赛德斯（Mercedes）一起乘坐奔驰35 PS
1885年 戈特利布·戴姆勒和卡尔·本茨（Karl Benz）两位德国工程师分别致力于开发基于内燃机原理的发动机。后来，戈特利布·戴姆勒于1890年创建戴姆勒汽车公司，并于1901年推出了第一辆梅赛德斯汽车。
1887年 德国发动机制造商尼古拉斯·奥托（Nikolaus Otto）获得“燃气发动机”专利，这是汽车发展史上一项革命性发明。它是第一个在商业上成功的四冲程内燃机，仍然是今天的引擎原型。
1891年 早在丰田公司推出普锐斯之前，美国发明家威廉·莫里斯就推出了第一款由电池驱动的电动汽车，电池安放在汽车座椅下面。虽然它安静且无污染，但需要频繁充电，而且充电速度不够快。因此流行不久就消失了。
1893年—1994年 查尔斯·E.（Charles E.）和J.弗兰克·杜里亚（J. Frank Duryea）兄弟在美国推出了第一辆汽油动力汽车，后来成立了杜里亚汽车公司，该公司是美国第一家生产燃气动力的汽车公司。
1895年 法国米其林公司推出了充满压缩空气的橡胶轮胎，第一次让汽车能平稳地行驶。
1896年 亨利·福特制造了第一辆成功的汽油动力汽车，它是T型车的早期原型。
1901年 在得克萨斯州东部发现巨大的油田，汽油价格更便宜，更容易获得，这有助于加速汽车普及。
1897年，第一辆奥尔兹莫比尔汽车 1901年 兰森·E.奥尔兹（Ransom E.Olds）开始大规模生产他的同名汽车——奥尔兹莫比尔。它的特色是有着弯曲的仪表板，使汽车有了时尚感。
1903年 亨利·福特（Henry Ford）在密歇根州成立了福特汽车公司。
1904年 亨利·M.利兰（Henry M.Leland）的凯迪拉克汽车公司开始制造具有可互换零部件的汽车，帮助简化生产流程。
1938年，欧内斯特·A.弗兰卡（Ernerst A. Franke）驾驶他的1921T型车去往白宫，向正在访问罗斯福总统的亨利·福特展示他的汽车 1908年 亨利·福特推出了标志性的T型车，被亲切地称为Tin Lizzie。此后20年，T型车销量超过所有其他汽车。
1911年 查尔斯·F.凯特灵（Charles F.Kettering）发明了电子启动器。这项巧妙的发明f让驾驶员以电子方式启动汽车，而不是使用当时标准的笨重的手摇曲柄。
1913年 亨利·福特的汽车厂安装了一条流水装配线，增加汽车制造的速度，降低了最终产品的成本，让大众买得起汽车。
1914年 美国汽车制造商同意交叉授权，即共享专利的系统，无需相互支付信息费用。这种合作精神有助于加速20世纪早期汽车制造业的创新——但遗憾的是，该交叉许可系统于1956年终止。
1918年 马尔科姆·拉夫黑德（Malcolm Loughead）发明了液压四轮制动系统，让驾驶员更简单、更安全地停车。
1922年 引入了被称为气球轮胎的低压轮胎。减少压力使汽车驾驶更舒适。
1939年 技术的进步使驾驶汽车和长途驾驶变得容易。全自动变速箱无须手动换挡，减少了体力消耗，而空调系统有助于控制汽车内部的舒适度。
1956年 德怀特·艾森豪威尔（Dwight D. Eisenhower）总统颁布了1956年的《联邦公路援助法案》。该法案专门指定联邦基金完成美国的全国高速公路网络。
1968年 为了控制环境污染，美国规定：汽车必须配备减少尾气排放的装置。
1975年 全球石油短缺导致美国国会通过了一项法律，要求汽车更省油。
1997年及以后 丰田公司推出了批量生产的普锐斯，一款将汽油发动机与电动马达结合在一起的混合动力汽车。2000年，本田公司混合动力汽车Insight紧随其后。汽车制造商开始探索其他替代能源，如燃料电池，它以氢气为燃料，只产生副产品——水。未来的汽车肯定会比以往任何时候都更少污染、更省油。0000000000
iPhone（苹果手机）
专利名称：电子设备
专 利 号：US D672769 S1
专利日期：2012年12月18日
发 明 者：（加利福尼亚州库比蒂诺市）巴特利·K.安德烈（Bartley K.Andre）、丹尼尔·J.科斯特（Daniel J.Coster）、丹尼尔·德·尤利斯（Daniele De Iuliis）、理查德·P.霍沃斯（Richard P.Howarth）、乔纳森·P.伊夫（Jonathan P.Ive）、史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）、邓肯·罗伯特·克尔（Duncan Robert Kerr）、西堀晋（Shin Nishibori）、马修·迪恩·罗尔巴赫（Matthew Dean Rohrbach）、道格拉斯·B.萨茨格（Douglas B. Satzger）、卡尔文·Q.赛义德（Calvin Q.Seid）、克里斯托弗·J.斯金格（Christopher J.Stringer）、尤金·安东尼·黄（Eugene Antony Whang）和里科·佐肯多夫（Rico Zorkendorfer）
用途 这款触屏手机还可用作互联网浏览设备和媒体播放器——掌上电脑。0000000
背景 史蒂夫·乔布斯 有史以来最模糊的专利之一，仅命名为“电子设备”，实际上就是原版苹果手机（iPhone）。虽然乔布斯于2007年在旧金山Macworld Expo（麦金塔世界博览会）上推出了iPhone，但直到2012年12月才获得专利。该专利包括8个图表，但唯一的书面描述是：“如图所示和描述的电子设备的装饰性设计。”其中还包括一长串iPhone上使用的技术专利、少数几个已授予苹果公司的专利，以及8张简单的图表，展示了迄今为止21世纪最具革命性的消费科技产品的基本形状和结构。
第一款iPhone主要是铝制的，虽然材料和内部电子设备都进行了升级，但总体设计在10年内基本保持不变。自第一代iPhone问世以来，每部iPhone都保留了手指驱动的触摸屏，屏幕的底部有一个主页按钮（home键）（不过这在未来的iPhone中被放弃），背面有摄像头、扬声器、麦克风，左边有音量控制器。最初的iPhone设计是为了将MP3播放器、手机和互联网接入功能整合在一个设备里。随着手机功能的发展和成长，整个行业开始兴起开发iPhone应用程序的活动对该设备最准确的描述为掌上电脑。
许多与iPhone及其主要功能相关的其他专利都已经被授予。2009年1月，美国专利号7,479,949B2被授予史蒂夫·乔布斯及其公司，专利中描述了一个基于启发式过程的触屏界面——此界面设计了使用户可以轻松地自学操作该设备的教程。该专利还描述了Rational控件，比如在屏幕上通过滑动来进行页面的转换，并使用两个手指来对界面放大或缩小。制造一台设备，使任何人都能学会并本能地学习使用，这一想法成为iPhone和iPad产品家族背后的驱动思想。
2016年7月，在当年9月发布iPhone 7之前，苹果公司售出了第10亿部iPhone。截至2016年，在全球74亿人口中约有26亿智能手机用户。到2020年，这个数字有望增加到60多亿，超过当年世界预计人口的75％。苹果手机的iOS系统和谷歌公司开发的安卓（Android）操作系统，在全球绝大多数智能手机中得到应用。智能手机的普遍使用从根本上改变了人类导航、交流、获取信息，甚至思考的方式。0000000000
工作原理
1．iPhone使用多种由锂离子电池供电的电子产品，并通过触摸屏界面进行控制。
2．该设备的核心是芯片上的系统，即SoC，它把计算机的各个部件集成到一个芯片中，包括多个处理器内核、内存块和连接电路。
3．多个电子元件由中央处理器控制，包括显示屏、数码相机、GPS电子设备、有线连接端口、无线、蓝牙和蜂窝连接硬件。
4．可以通过苹果公司的App Store下载第三方开发的应用程序来增加设备的功能。
5．用户界面源自触摸屏，触摸屏可以选择应用程序图标，还可以使用电子键盘进行输入。
发明者的话 “2001年，我们推出了第一款iPod，而且……它不仅改变了我们所有人听音乐的方式，还改变了整个音乐行业。今天，我们要介绍这一类产品中的三种革命性产品。第一个是带有触控功能的宽屏iPod。第二个是革命性的手机。第三个是突破性的互联网通信设备。那么，有三件事——带触控的宽屏iPod、革命性的手机和一个突破性的互联网通信设备；一部iPod、一部电话和互联网通信，一部iPod、一部手机……你明白了吗？这些不是三个分开的设备，而是一个设备，我们称之为iPhone。今天，就在今天，就在这里，苹果（公司）将彻底改造这款手机。”
灯泡
专利名称：电灯泡
专 利 号：223，898
专利日期：1880年1月27日
发 明 者：（新泽西州门洛帕克市）托马斯·爱迪生
1880年的托马斯·爱迪生0000000000
用途 由电力驱动，通过玻璃球内部的发光灯丝提供光线。 背景 爱迪生是一个天才，一生有很多发明，但是电灯泡并不完全是他自己创造的。世界上许多发明者一直在试图用某种灯泡取代煤气灯。事实上，与爱迪生同时代的英国人约瑟夫·斯旺（Joseph Swan）在这方面领先一步。斯旺在1878年展示了世界上第一个电灯泡。在此之前还有几个人——加拿大人亨利·伍德沃德（Henry Woodward）和他的搭档马修·埃文斯（Matthew Evans）为一种灯泡申请了专利，但他们没有足够的资金将他们的发明商业化。爱迪生在那时已经功成名就，他买下了这项专利权。 但爱迪生并不是简单地用自己的方式购买另一项发明。他以惊人的速度发明了各种各样的元件以确保他的发明能够在商业上取得最辉煌的成功。
最终，爱迪生的新电灯亮了两天四十分钟。那盏灯熄灭的那天通常被认定是第一次商业化实用灯泡诞生的日期——1879年10月21日。到1880年，爱迪生发明了一种16瓦的白炽灯泡，可发光长达1，500小时。
1882年9月4日，第一座商业电站开始向曼哈顿下城区2.59平方千米范围内的客户提供照明和用电。
白炽灯泡——那些由于加热而发光的灯泡，其热量效率低于当今很多的创新产品，如霓虹灯、荧光灯和LED（发光二极管）灯。传统灯泡在加热灯丝时消耗更多的热量，这个过程会浪费电能。一个60瓦的白炽灯泡可以持续发光约750小时，其光量少于一个产生同样亮度的紧凑型荧光灯的十分之一。0000000000
工作原理
1．将玻璃吹入球状模具中。
2．拉出细线或细丝并缠绕成双线圈。
3．灯丝的两端与嵌入玻璃结构支架中的电源线连接。
4．将该支架插入灯泡中，将两个玻璃部件熔合在一起。
5．支架中有一根管子，用来把灯泡内部的空气换成稀有气体。
6．管子被切割，开口被密封，并连接灯泡的底座。
7．电流从一个接触面流向另一个接触面，通过导线加热钨丝，然后钨丝就会发光。
工作原理
1．将玻璃吹入球状模具中。
2．拉出细线或细丝并缠绕成双线圈。
3．灯丝的两端与嵌入玻璃结构支架中的电源线连接。
4．将该支架插入灯泡中，将两个玻璃部件熔合在一起。
5．支架中有一根管子，用来把灯泡内部的空气换成稀有气体。
6．管子被切割，开口被密封，并连接灯泡的底座。
7．电流从一个接触面流向另一个接触面，通过导线加热钨丝，然后钨丝就会发光。
发明者的话 “请大家知道，我，托马斯·阿尔瓦·爱迪生，来自美利坚合众国新泽西州的门洛帕克，发明了一种改进电灯的方法，以及制造这种电灯的方法。” “本发明的目的是生产发光的白炽灯，其中灯具应具有较高电阻，以便于电灯的实用细分。”000000000000
发明家简介 爱迪生（1847—1931）
20世纪20年代，爱迪生在他的实验室里做实验 如果没有关于爱迪生的简介，任何关于专利的书都是不完整的。爱迪生在一生中共获得了1，093项专利——这是美国专利局授予个人的专利数量之最。此外，他还从数十个国家获得了数千项专利。他的发明有助于推动电灯、留声机、电报、电话、电影等技术的发展。他还建立了最早的一些现代研究实验室，一些科学家认为这是他丰富遗产中最重要的贡献。
1847年，爱迪生出生于俄亥俄州米兰市，是家中7个孩子中最小的一个。虽然他是一个勤奋聪明的孩子，但很可能就是一次偶遇才让他走上发明创造的道路。15岁的时候，爱迪生碰巧从迎面而来的火车边救了一个报务员的儿子。为了感谢他，该男孩的父亲免费教他收发电报。这帮他在西联电讯公司谋得了一份工作，这份工作反过来唤醒他一生对机械、电子和化学的兴趣。
1868年，爱迪生移居波士顿继续担任电报员。在那里，他展示了自己创新能力的一些初步迹象：他提出了改善城镇火灾报警系统的计划，为业务上依赖电报的股票经纪人提高了电报打印输出技术。第二年，爱迪生搬到了纽约市，他与金融和工业领域的杰出领袖建立了更多的友谊。这些联系后来帮助他开展与他的发明相关的众多商业活动并起到关键作用。例如，1870年，他搬到了新泽西州的纽瓦克，以自己帮助开发的技术为基础，与人共同创办了一家股票代码制造公司。但直到1876年，当他建立了著名的门洛帕克实验室时，这些发明才开始迅猛发展。
多年从事电报工作的经历使爱迪生成为这方面的专家，他也经常摆弄亚历山大·格雷厄姆·贝尔（Alexander Graham Bell）获得专利的新电话技术——贝尔让电报能“说话”。在他最早的一项重大发明中，有一个技术是对电话发射器进行了微调，让声音传递更响亮、更清晰，从而使打电话更简单、更实用。接下来，1877年，他有生以来最引人注目的一项发明问世：留声机。录制和回放声音、音乐，这在当时看起来几乎是不可思议的。由此，他赢得了世人的认可以至誉满全球。
这些专利似乎还不足以满足爱迪生。第二年，他又冒出了最聪明的想法之一：发明电灯。世界各地的发明家已经在试验碳弧灯，这种灯能产生明亮的强光，但只能持续很短的一段时间。当然，爱迪生超越了他们，他发明的白炽灯通过灯丝传导电流，使灯丝发光。这种照明方式比碳弧灯的照明方式更安全、持久，更适合家庭使用。1879年，爱迪生和他的同事们想出：用烧过的缝纫线制作碳丝，现代灯泡的前身自此诞生了。到1880年，爱迪生已经发明了一个可以发光长达1，500小时的16瓦灯泡。他还带头创建了一个为家庭和企业提供电灯照明所需电力的行业。最终，他和其他行业领袖于1892年联合成立了通用电气公司。
随后，爱迪生又有许多其他的发明和对现有技术的升级改进：帮助创立了电影工业，建立了铁矿石加工厂，设计和改进电池，并冒险涉足水泥等行业。他无疑是那个时代最伟大的科学天才之一，但他谦虚地驳斥了自己很有天赋的这个说法，并将他的成功归功于勤奋。正如他常说的那样：“天才是百分之一的灵感加上百分之九十九的汗水。”0000000000
核反应堆
专利名称：中子反应堆
专 利 号：2，708，656
专利日期：1955年5月17日
发 明 者：［新墨西哥州圣达菲（Santa Fe）市］恩利克·费米（Enrico Fermi）、（伊利诺伊州芝加哥市）利奥·西拉德（Leo Szilard）
我不知道第三次世界大战会用什么武器，但我知道第四次世界大战将用棍棒和石头战斗。
——爱因斯坦
原子弹爆炸
用途 该设备启动并控制自我维持的核链式反应，产生的大量能量通常用于发电——但它也被用作大规模杀伤性武器。中子和裂变的副产品被应用于各种军事、实验和医疗目的。000000000
背景 1938年，德国科学家奥托·哈恩（Otto Hahn）、莉泽·迈特纳（Lise Meitner）和弗里茨·斯特拉斯曼（Fritz Strassmann）发现用热中子轰击铀原子的原子核时，原子会分裂。在分裂一个铀原子时，自发形成的额外的中子可以用于分裂更多的铀原子。这种潜在的连锁反应是一个令人难以置信的发现。随着它分裂成碎片，像铀同位素这样的重原子核可以释放出数亿电子伏的能量。这一发现——一种将质量转化为能量的方法，促使各国间开始了制造原子弹的竞赛。
恩利克·费米 从1939年到1945年，20多亿美元被用于当时被称为“曼哈顿计划”的项目。在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯，罗伯特·奥本海默（Robert Oppenheimer）领导的这个计划是美国的绝密项目，其中数十位杰出的科学家参与其中，包括意大利物理学家和诺贝尔奖获得者恩利克·费米和他当时在芝加哥的一家秘密实验室工作的匈牙利同事利奥·西拉德。他们面临很多挑战：所需的铀-235难以提取，又与铀-238几乎完全相同。作为同位素，它们的化学成分相似，而且普通的提取方法无法有效地将它们分离。科学家们需要开发一种机械手段来分离它们，以及一种能产生自我维持的核链式反应的方法。费米和西拉德于1944年为他们的发明申请了专利，但直到1955年，费米去世6个月后才获得批准。
虽然最初的目的是制造大规模杀伤性武器，但是今天的核反应堆成为可行的能源，为全世界提供了17％的电力资源。全球大概有400座核电站，其中美国有大约100座。
1945年8月6日，在新墨西哥州7月份的测试仅仅三周后，一颗原子弹落在日本广岛。成千上万的人当场死亡，65％的城市建筑被毁。包括一年内因核辐射死亡人口在内，这次爆炸的死亡人数超过15.5万人，这次爆炸实际上结束了第二次世界大战。0000
工作原理 核反应堆能够在临界质量以下发生大量但有限次数的后续核裂变。通常，这种反应堆是基于以下几种类型的变化：
1．成束的铀棒作为极高能量的热源被浸在水中。
2．吸收中子的控制棒被插入铀束中。
3．升高控制棒会使铀核产生更多热量，降低控制棒会减少热量的产生。
4．水变成了蒸汽，蒸汽驱动涡轮机，涡轮机又带动发电机转动。
5．反应堆的受压容器安装在防辐射混凝土衬里内，内有反应堆堆芯和其他关键操作部件。
最严重的核事故发生在1986年，地点在现在的乌克兰，当时属于苏联。切尔诺贝利核电站的四个反应堆中的一个因链式反应失控而爆炸。爆炸冲开反应堆的钢结构和混凝土结构盖子，释放大量辐射物，造成30多人丧生，13.5万人被疏散。00000000000
发明者的话 “我们已经发现了一些基本原理，这些原理是成功建造和运行自我维持中子链式反应系统（中子反应堆）所必需的，能以热的形式产生能量。根据上述申请中阐述的手段和方法所做的测量已经确认了这些原理的有效性。按照这些原理，中子反应堆已经建成并在各种功率输出下运行，这将在下文中更全面地加以说明。”
原子年代大事年表
1896年 安托万·亨利·贝克勒尔（Antoine Henri Becquerel）进行了辐射研究，两年后法国物理学家玛丽·居里（Marie Curie）也进行了鼓舞人心的实验。
1898年 玛丽·居里与她的丈夫皮埃尔（Pierre）一起发现了放射性元素镭和钋。
1905年 阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）发表了三篇科学论文震惊了科学界，并建立了三个新的物理学分支。其中一篇论文证实了物质的原子理论。
1911年 格奥尔格·冯·赫维斯（Georg von Hevesy）想出了使用放射性物质作为“示踪剂”。该原理后来应用于医学诊断。
1938年 德国科学家奥托·哈恩、弗里茨·斯特拉斯曼和莉泽·迈特纳演示了核裂变，向科学界展示了如何通过中子轰击铀原子进行分裂。铀原子分裂时失去质量，然后被转化为能量。当其他中子形成时，该过程会产生链式反应，去轰击其他原子的原子核。很快，在这个反应过程的启发下开始了武器开发。
阿尔伯特·爱因斯坦写给富兰克林·罗斯福总统的信件，信中解释了如何利用铀的链式反应制造原子弹
1939年 阿尔伯特·爱因斯坦给富兰克林·罗斯福总统写了一封信，提醒道，美国可以使用原子能制造一枚威力极大的炸弹，德国可能已经在这样做。这封信促使美国开始发展原子弹。
1941年12月 日本轰炸珍珠港，挑动美国加入第二次世界大战。
1942年9月 要赶在德国人之前研制出原子弹，美国制定了“曼哈顿计划”，很快在美国各地设立了秘密实验室。
1942年11月 罗伯特·奥本海默被任命为新墨西哥州洛斯阿拉莫斯原子弹实验室主任。
1942年12月 芝加哥大学的恩利克·费米和同事实现了第一次持续的核链式反应，预示着原子时代曙光的到来。
爆炸25秒后的“三位一体”试验照片 1945年7月 来自洛斯阿拉莫斯实验室的科学家引爆了第一个带有钚核的原子弹，核芯释放的能量高达1.86万吨TNT炸药爆炸时的能量。该测试被称为“三位一体”测试。
1945年8月 美军在日本投下两颗原子弹：8月6日，美军在广岛投下第一颗原子弹，造成7万人伤亡；三天后，在长崎投下第二颗原子弹，造成4万人死亡，6万人受伤。日本投降，第二次世界大战结束。
1946年3月 温斯顿·丘吉尔宣称，苏联在欧洲制造了“铁幕”。到这个十年结束时，美苏紧张局势升级为众所周知的冷战。
1946年7月 美国在太平洋比基尼环礁进行了核弹试验。 1949年 苏联进行了第一颗原子弹试验。
1950年 哈里·杜鲁门总统下令原子能委员会调查制造氢弹的可能性。
1951年 爱达荷州阿科的美国国家反应堆试验站利用核能发电。
1954年 美国通过了1954年《原子能法》，这一措施旨在促进核能的和平利用。
1957年 第一座全能的核电站在宾夕法尼亚州希平港开始运营。
1961年 肯尼迪总统敦促美国人建造防空洞以防核战爆发。
1963年 美国和苏联签署了《部分禁止核试验条约》，该条约禁止在水下、大气层和外层空间进行核试验。地下核试验未被禁止。
1968年 签署了《不扩散核武器条约》，禁止各国制造或协助其他国家制造核武器，尚未拥有核武器的国家承诺不制造核武器。到1986年，已有130个国家加入了该条约。
1978年 美国放弃了开发中子弹的计划，中子弹是一种专门类型的氢弹，它能摧毁所有生命，却能使建筑物完好无损。
1979年 宾夕法尼亚州哈里斯堡附近的三哩岛核电站遭遇了部分熔毁，造成低含量的放射性物质泄漏。 1983年 美国签署了1982年《核废料政策法》，启动了核废料储存库的发展。
1986年 苏联的切尔诺贝利核反应堆发生熔毁并燃烧。生活在30千米范围内超过13.5万人被撤离，大量放射性物质被释放到环境中。
1990年 欧洲安全与合作会议召开，冷战正式结束。
1993年 能源部将注意力转向清理核污染。虽然精准把控的核武器库仍然存在，但被认为是对大规模战争的威慑，目的不是侵略。
2006年及以后 朝鲜核试验取得成功，并且正在发展导弹技术，引起国际社会关注。 0000000000
青霉素 专利名称：青霉素的制作方法
专 利 号：2，442，141
专利日期：1948年5月25日
发 明 者：（伊利诺伊州皮奥里亚市）安德鲁·J.莫耶（Andrew J. Moyer），该专利权已转让给美国，并由农业部长作为代表接收
用途 提供一种实用的、商业上可行的方法来批量生产用作一种抗生素的青霉素。
背景 青霉素源于青霉菌，1928年，亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）爵士发现面包霉菌可以杀死细菌菌落。这个发现及他依此得出的结论在医学史上至关重要：发现了可以用来杀死人体内致病细菌的天然物质。青霉素将被证明是其中最重要的抗生素之一。难题在于，如何从青霉菌中提取抗生素，因为这费时长而且提取量少。
在第二次世界大战期间，为了治疗越来越多的伤员，对青霉素的需求日益迫切。科学家们努力寻找有效的生产方法，并尝试了两种：一种方法是合成药物，研究人员努力找出抗生素的分子结构来合成复制它；另一种方法是加快生产天然抗生素本身。
青霉菌是一种常见的真菌，与温暖潮湿的天气里面包上长出的霉菌稍有差异。
一千多名科学家试图揭开青霉素神秘的分子结构来合成这种分子，都以失败告终。与此同时，国际社会的努力集中在发展大规模生产天然抗生素的手段上。微生物学家安德鲁·莫耶（Andrew Moyer）在美国领导这项研究。莫耶在乳糖和玉米浆中培养霉菌的过程中发现，他可以成功地并且大大加快抗生素生产。虽然他的技术直到1948年才获得专利，但它在战争期间挽救了成千上万人的生命。
20世纪50年代末，麻省理工学院教授约翰·希恩（John Sheehan）能够成功合成青霉素。希恩一生中获得了数十项专利。他致力于各种各样的发明，包括制作火箭使用的炸药和鱼雷弹头。000000000
工作原理 在乳糖和玉米浆中培养青霉菌。
发明者的话 “这个申请是根据1883年3月3日的法案提出，依据1928年4月30日的法案修改，此处描述的发明，如果获得专利，可由美国政府制造或用于美国政府，而无需向我支付任何特许权使用费。”
“青霉素是一种可以从特异青霉中提取的杀菌或抑菌化合物，弗莱明是第一个观察到培养皿内特异青霉对于周边细菌菌落有抑制作用的人。青霉素在治疗众多感染上拥有极具应用价值的抗菌性能，对抑制或杀死革兰氏阳性葡萄球菌、肺炎球菌、淋球菌和许多链球菌特别有效。”
“我找到了一种方法，可以增加青霉素培养液中青霉素的含量，如从特异青霉、产黄青霉、杆状青霉和蓝棕青霉等各种青霉菌中提取，产量比先前的技术多出很多倍，并且在商业上将青霉素用作治疗剂更加可行。”
20世纪30年代的电冰箱
制冷设备
专利名称：制冷装置
专 利 号：1，886，339
专利日期：1932年11月1日
发 明 者：（俄亥俄州代顿市）查尔斯·F.凯特琳（Charles F. Kettering）
用途 提供一种更安全的冷藏易腐物品的方法，可更长时间保持食物安全、可食用且美味可口。
背景 早在该专利发布之前，人们就使用冷藏技术了。古代人就设计出了在冷藏库保存肉类的方法。19世纪初的英格兰已经使用冰盒，后来发展为使用气体压缩技术产生能吸热的液态气体。到了20世纪20年代，第一批气体压缩式电冰箱已经上市了。不过，压缩后用作制冷剂的一些有毒气体泄漏后被证明是危险的，在某些情况下是致命的。
1928年，工业巨头和发明家查尔斯·富兰克林·克德林当时在北极（Frigidaire）公司工作，致力于开发更安全的制冷剂，结果找到了氟利昂。它催生了一种新的制冷方法，后来成为被广泛采用的制冷标准。这项专利代表了第一次商业上成功采用这种新气体的制冷方法。 氟利昂是一种氯氟烃。后来发现氯氟烃破坏大气臭氧层，但今天仍然在广泛使用。
工作原理 如下图所示：
1．两个发电机吸收器（10）和（11）内填充吸收剂。
2．吸收器通过电路连接到相应的蒸发装置。
3．当一个发电机吸收器被加热而另一个被同时冷却时，液态制冷剂流向蒸发器。
4．液体冷凝，气态制冷剂从蒸发器中排出。
发明者的话 “加热发电机吸收器的装置是燃烧器（22），它可以放置在由管道（15）提供的烟道的下端。冷却发电机吸收器的装置是一个与风扇或鼓风机（24）相关的烟道，它可以引导空气流通过烟道（15）。如图所示，鼓风机是离心式的，其进气口位于连接件（27），但特定形式的空气移动装置对本发明并不重要。”000000000
火箭 专利名称：火箭装置
专 利 号：1，102，653
专利日期：1914年7月7日
发 明 者：（马萨诸塞州伍斯特）罗伯特·H.戈达德（Robert H.Goddard）
用途 这种独立的抛射物通过一系列燃烧推进自身持续飞行。0000000000
背景
戈达德是现代火箭科学之父。当世界上大部分地区可能还在对飞机载着人类在天空飞行感到敬畏时，戈达德已在进行帮助人类越过天空进入太空的实验。
罗伯特·H.戈达德 该专利首次阐明了戈达德著名的火箭推进理论。戈达德在获得这项专利一年之后，证明了如何在真空中产生推力，人类向太空飞行又迈进了一大步。他的专业知识首先应用于现有的军事领域。第一次世界大战期间，他开发了固体燃料火箭发射武器。该专利适用于使用固体燃料的火箭。后来他开发了液体燃料火箭，用于协助飞机从海军航空母舰上起飞。他于1945年去世，仅仅几年后，第一枚火箭成功发射升空。
该专利中描述的装置是专门适用于携带照相装置的火箭。火箭完成飞行后，第二个推进装置通过辅助火箭将记录设备送入空中。虽然戈达德在专利中没有详细说明，但他提到了这样的装置可以通过降落伞安全返回地球。00000000000
工作原理 如下图所示：
1．火箭在点火或爆炸引发了一系列燃烧，并推动火箭持续飞行。
2．在图1（Fig1）中，火箭的横截面显示了一个燃烧室（12），其底部有一个锥形管（11）。
3．在管道内，点燃引信（14）。
4．燃烧室内的一系列旋转圆盘通过连续的爆炸产生运动。
5．图3（Fig3）描绘了一个圆盘，其外围包括一个细丝（18），其用途是点燃磁盘上安装的炸药。
6．当主火箭的推进剂充分耗尽时，第二个引信点燃较小的火箭。
7．辅助火箭从发射管（24）中射出。
8．在火箭头（29）内，设置一个支架，用以装载记录仪器或相机。
发明者的话 “数学分析表明，在任何给定质量的火箭装置中，所需的推进剂根据一个表达式而变化。该表达式中推进剂的热能转化为动能的百分比以指数关系呈现。因此，转化过程中任何效率的提高都带来装置的速度大大增加，同时，可减少燃料的使用量。”
1892年，建筑规范改变，允许钢筋笼出现，使得建造22层的熨斗大厦成为可能 迪拜的哈利法塔是目前世界最高建筑
摩天大楼钢 专利名称：钢铁制造的改进
专 利 号：49，051
专利日期：1865年7月25日
发 明 者：（英国伦敦市）亨利·贝塞麦（Henry Bessemer） 用途 为高层建筑和其他大型建筑的建造提供坚固的材料。
背景 1902年，乔治·富勒建造了纽约最早的摩天大楼之一——熨斗大厦（Flatiron Building）。富勒知道如何解决在结构设计中的承重问题，懂得如何向上建造。他采用英国人亨利·贝塞麦发明的新型钢材，在外墙内创造性地使用钢筋笼。
当贝塞麦开发出一种全新的新型钢铁制造工艺——第一个低成本大规模生产钢铁的工艺，天空成了极限。贝塞麦用炉子将空气反复吹入液态金属容器来消除碳。新工艺极大地增加了材料强度，为建筑世界提供了一个看似无限发展的空间。
本专利阐述了贝塞麦原始工艺的原理，介绍了大规模金属模具铸造的改进，包括贝塞麦运用的一个铸造坚固钢的至关重要的新观念。比如，以前的杆状模具包括两个由凸耳销和螺栓密封的板坯铸件，铸造之后，尽可能保持密闭状态。但空气不可避免地会被困在里面，因此削弱了材料强度。贝塞麦意识到通过预留一个开口并创造一个自然真空环境会使钢更坚固。无论当时贝塞麦是否知道，他的新方法很快就会极大地改变全球城市的天际线。
“摩天大楼”这个词诞生于19世纪80年代，那时世界各地最高的建筑都还没有建成。目前世界上最高的建筑是阿拉伯联合酋长国迪拜的哈利法塔，大楼由玻璃、钢和钢筋混凝土建造而成，高度为828米，共162层，令人叹为观止。0000000000
工作原理 由砖、火石或其他慢热导体制成腔室，其特征是有一个凸起的出口。
1．用流体金属充满腔室，开口处不允许泄漏。
2．通过管道把空气或蒸汽压入金属，置换金属液并允许空气通过出口排出。
3．刺破壤土密封的出铁口，使精炼的脱碳金属流入合适的模具。
发明者的话
“首先，我的发明是一种特殊模式，能有效地实现脱碳、部分脱碳和铁的精炼，通过以下方式，在金属为液体条件下，把气流、空气或蒸汽（单独或混合）鼓入金属表面或穿过金属或与金属接触；其次，以这种方式处理的金属形成锭或块，通过锤击或轧制作成日后所需的条、板或棒材。”000000000000
潜艇
专利名称：潜艇
专 利 号：581，213
专利日期：1897年4月20日
发 明 者：（新泽西州普莱森特维尔）西蒙·莱克（Simon Lake） 用途 潜艇是密闭加压的船只，可以在海洋深处进行长时间载人航行，已被用于战争及对海洋和各种生物进行研究。
背景 像他那个时代的许多孩子一样，西蒙·莱克也读儒勒·凡尔纳的科幻冒险小说，这直接影响了他的一生。
读完《海底两万里》之后，莱克决心要创造一个真实的鹦鹉螺号——一艘最先进的潜艇。
在19世纪末，莱克和约翰·霍兰德（John Holland）是两位最著名的现代潜艇设计师。然而，他们的想法不同。霍兰德的潜艇能以一定角度潜入水中并浮出水面；莱克使用控制泵操纵船的浮力，使它垂直移动。有了轮子，莱克的潜艇也可以沿着海底漫游。这两种设计都有吸引力。虽然霍兰德确实从美国海军那里赢得一份合同，但莱克研制了最早的潜望镜，从而解决了视力问题。公认的莱克的基本潜艇技术还包括龙骨平稳型水上飞机、压载舱和双船体设计。 在莱克二十多岁的时候，他建造了第一艘实验潜艇，命名为“小亚古尔爸爸号”（Argonaut，Jr）。在成功的鼓舞下，他组建了新泽西莱克潜艇公司，次年公司又建造了另一艘潜艇——“亚古尔号”（Argonaut）。1898年，这艘潜艇被认为是首个在公海成功运行并实现长途航行的潜艇。
莱克的成就鼓舞了儒勒·凡尔纳，他给莱克写了一封信，上面写道：“虽然我的书《海底两万里》完全是想象出来的，但我相信我在书中所说的一切都会实现。这艘巴尔的摩潜艇（亚古尔号）1，609千米的航程就是证据。美国潜艇导航的显著成功将继续推进世界各地的水下航行事业。如果这个成功的试验提前几个月到来，它可能在刚刚结束的战争中发挥重要作用。下一次大战可能主要是潜艇之间的较量。”
10.9728米长的亚古尔I号（Argonaut I）由30马力的汽油发动机驱动，在哥伦比亚的巴尔的摩铁厂和干船坞（Columbian Iron Works & Dry Dock）建造完成 美国海军有四种不同类别的潜艇：执行搜索和摧毁任务的攻击型潜艇，提供战略核威慑的弹道导弹潜艇，为巡洋舰和驱逐舰补充导弹平台的巡航潜艇，以及用于应对潜艇事故的深海救援潜艇。00000000
工作原理 如下图所示：
1．用泵填充并清空罐体（i）（j）。
2．发动机（e）由炉子（f）提供动力。
3．置放在艇下方的压铁通过缠绕在套管（g）的防水电缆连接。
4．在空心龙骨（M）内，发动机带动轴（c＇）转动，带动后部的螺旋桨（p）和前轮（B）。
5．潜艇“驾驶员”手持方向盘（K）站在指挥塔（I）。
6．舱室升降口（O）位于指挥塔的正后方。
7．水手室（M）位于指挥塔的正前方的下面。
8．通过球窝接头从舱室升降口后部延伸过来的炮塔（H）是观察管（G）。
9．船员被吊在管内，即可透过圆形厚重的玻璃顶部（g'），视线所及之处一览无余。
发明者的话 “我的发明是一种改进的潜艇，它的目的是：第一，当潜艇处于休息状态或无需前进时，提供将其沉到水底和升到水面的新方法；第二，提供潜艇在水底或河床上行走的方法；第三，提供一个由水压自动控制的机械装置，在航进中可以将艇体下潜并可以潜到任何所需或预定的深度；第四，不论船只内的重物如何变动或移动，提供自动将船只保持在水平龙骨上的方法；第五，为潜艇在水下随时出行提供了新的手段；第六，对潜艇的整体结构进行了改进，使潜艇的操作更加安全、可靠。”00000000000
电报
专利名称：应用电磁技术改进信号传递信息的方式
专 利 号：1，647
专利日期：1840年6月20日
发 明 者：（纽约州纽约市）塞缪尔·F.B.莫尔斯（Samuel F.B.Morse）
上帝创造了什么？
——莫尔斯的第一封电报信息
用途
提供一个系统，该系统通过电磁波以代码方式使声音进行远距离传递。0000000000
背景
如果说莫尔斯对技术进步的本质持怀疑态度，那么他的一生也证明了这一点。他放弃了成功的肖像画家的职业生涯，作为发明家去着手改进和创造技术。19世纪30年代，他开始对电子和电报感兴趣。他设想了一种系统，通过电磁波以点和画线组成的电子字母表为代码进行信息传递。他的第一个成功的系统包括一盘磁带，在一个寄存器上打印了他自己命名的由点和画线组成的莫尔斯电码。电报员可以按下设备上的键来操纵电路传输一系列电子脉冲。较长的脉冲表示为画线，较短的用点表示——字母表中的每个字母都被转换成几个特定的点和（或）画线，形成电报员传输使用的代码。比如，字母S表示为三个点或短信号，字母O为三条画线或长信号，所以遇险信号“SOS”将是三个点、三条画线，然后再三个点表示。
塞缪尔·F.B.莫尔斯
1844年，一条从华盛顿到巴尔的摩的线路建成，莫尔斯在国会大厦内发送了著名的第一条电报。在不到10年的时间内，数千千米的电线在全国各地铺设开来，连接着主要城市，使美国西部更快速地扩张发展，并彻底改变了长距离的商业交易。他的发明被认为是“信息高速公路”或互联网最早的前身。莫尔斯的第一封电报信息是有预兆的，他的问题至今仍未得到解答——或许，在计算机时代的人类想象中，这个问题现在已经变得更加深刻。
成立于1851年的西联电报公司在10年的时间内建造了第一个横贯大陆的电报线路。第一条跨大西洋电缆于1868年提供服务。
1837年，另一个使用同样电磁原理的不同电报系统在英国获得专利。000000000
工作原理
1．一个导体电路包含一个或多个电磁铁。
2．在电路的消息始发端，操作员操纵信号杆断开并重新连接导体电路。
3．电脉冲沿电路传输。
4．在消息接收端，寄存器打印出分别代表长信号和短信号的点和画线组成的电码。
5．破译点和画线组成的电码即可显示消息内容。
发明者的话 “请大家知道，我，签名如下：塞缪尔·F.B.莫尔斯—来自纽约州纽约市纽约县，发明了一种新的有用的机器和符号系统，它利用电磁发出声音和符号。这种新的应用能够进行远程情报传输，或者采用同样手段、同样的应用和电磁效应来永久记录任何发出的情报符号。我将这项发明命名为'美国电磁电报’。”
早期的电话接线员
电话
专利名称：电报技术的改进
专 利 号：174，465
专利日期：1876年3月7日
发 明 者：（马萨诸塞州塞勒姆）亚历山大·格雷厄姆·贝尔（Alexander Graham Bell）
用途 使人们能够相互联系，并进行远距离口头交流。
背景 29岁时，贝尔因改进了电报系统，借助变化的谐波振动允许多个消息同时被传送，而获得了这项专利。不是由信号杆通过电线发送非连贯的信号，而是人类的声音本身可以发送信号。一年后，贝尔成立了贝尔电话公司。他的发明标志着电报系统的结束和电话的开始。
声音一直是贝尔生活中的兴趣所在。1847年，他出生于苏格兰，母亲几乎完全失聪，父亲从事语音病理学研究。和他的父亲一样，贝尔致力于服务失聪的人，1871年开始在波士顿的一所学校教授发音演讲技巧。贝尔也坚信科学和技术可以改善人类生活，他拥有与生俱来的发明天赋。
当非常熟悉人类声音的各种振动音高时，贝尔便开始研究他所谓的“谐波电报”。他坚持认为，一个基于若干不同振动频率的传送仪器可以同时产生和断开电路，从而在一根携带声波的导线上传输流体和连续电流。
贝尔遇到了托马斯·沃森（Thomas Watson）—他在改进机器和帮助其他发明者方面广受好评。沃森立刻帮助贝尔改进发明的各个细节。1876年3月10日，贝尔招呼他的助手对着他的机器讲了第一句话：“沃森先生，到这里来。我需要你！”在另一个房间里，沃森接到了世界上第一个电话。
贝尔还发明了光电电话机，它在光束上传播声音。此发明是今天电子通信中光纤技术的前身。但因为贝尔无法解决与光源干扰相关的问题，其革命性的光电电话机的原理直到很久以后才得到人们的重视。
1922年8月2日，贝尔去世，美国的电话铃声全部停止，市民们默哀一分钟来纪念这位发明家。0000000000
工作原理 如下图所示：
1．扬声器通过振动的薄膜作用于电磁电流，并通过电线传递声音的电子传真。
2．专利图7（Fig7）描绘了一个电枢（c）松散地固定到电磁铁（b）的支架（d）上。
3．另一端连接到拉伸膜（a）上。 4．锥体（A）通过薄膜汇聚声音的振动。
5．膜的振动带动电枢运动，在电路上通过电路（E→b→e→f→g）产生波动。
6．接收端复制这些振动，以便在另一个圆锥体（L）上听到类似的声音。
发明者的话 “我的发明包括使用振动或电流的波动，不仅仅是间歇性或脉动性电流，还包括在线路上产生电波的方法和装置。”
3D打印机
三维（3D）打印机
专利名称：三维光固化打印设备
专 利 号：4，575，330A
专利日期：1986年4月11日
发 明 者：（加利福尼亚州瓦伦西亚）查克·W.赫尔（CharlesW.Hull）
用途 这种机器通过一层层地喷涂并固化材料来创建三维模型或三维结构。
背景 尽管3D技术直到21世纪才被广泛了解，但在1986年，赫尔就获得了3D打印机的首个专利，同年，赫尔创办了3D公司。3D打印也称增材制造，使用多种技术和材料进行立体印刷，这是此项技术的根本。由人工合成的液体塑料制成模型、结构和图案，用带有喷嘴的自动化机器逐层喷涂。
立体打印最根本的技术是光聚合技术。光聚合就是分子相互结合形成更大的分子链或三维分子结构的过程。光聚合一般使用紫外线来促进这一过程，因为它能量很高。一台典型的3D打印机使用一种丙烯基材料。这种材料在被紫外线照射之前保持液态，照射后会快速凝固。
无论如何，光聚合技术在近几年得到很大的发展与改进。有些3D打印技术通过烧结固化粉末材料来制造产品，如直接金属激光烧结技术（DMLS，Direct Metal Laser-Sintering）。DMLS使用高能激光束（通常是一种带有镱光纤的光纤激光束）将底层金属粉末烧结或熔合成固体物体。然后添加更多的金属粉末进行激光熔融，最终不需要任何工具就能制造出一个完整的金属物体。DMLS的制造速度和自动化使它成为航空航天业一种普遍的制造方法。例如，美国太空探索技术公司（SpaceX）使用直接金属激光烧结技术，利用镍铬高温合金材料（镍和铬为基础的高温合金）制造超级天龙座（SuperDraco）火箭引擎，并用于它的龙飞船。
相比其他公司，美国通用电气公司在3D打印的大规模制造方面投入更多资金。2016年9月，该公司在宾夕法尼亚州匹兹堡成立增材制造技术发展中心，致力于金属部件3D打印。通用电气公司的一系列“辉煌工厂”将3D打印技术与机器人自动化和激光扫描结合起来，2015年在印度普纳（Pune）开设了第一家工厂。经济理论家杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）认为，3D打印是数字制造的重大突破，它将引领一场新的工业革命，堪比20世纪初流水装配线对制造业的影响。0000000000000
工作原理
1．将紫外线可固化的液体塑料，或类似的东西喷涂在由计算机控制的移动平面上，为物体建造一个基座。
2．喷嘴将液体物质一层一层地喷涂在基座上，而移动表面则横向和水平方向移动使喷嘴与所需的区域配合。喷嘴和平台的运动由计算机控制系统控制。
3．同样由计算机控制的紫外光源瞄准了喷涂过的材料，使其固化和硬化。
4．使用镜子和其他光学仪器将紫外光照射到更大的区域，进一步固化材料。
5．该设备继续以这种方式叠加材料，以创建三维物体。
6．也可以用激光加热金属粉末，将粉末烧结成固体层，然后再堆叠烧结在一起，形成一个完整的物体。
发明者的话 “在过去的几年里，从真正迅速的增长和认可的意义上说，它真正地开花结果了。我认为，有很多东西促成了这一点：许多医学应用抓住了人们的想象力，当然是创客运动、低成本的机器让爱好者通过使用3D打印对发明和制造感兴趣。”00000000000
第三代无线移动通信（3G）
专利名称：移动互联网接入
专 利 号：US 6618592 B1
专利日期：2003年9月9日
发 明 者：（瑞典斯德哥尔摩市）哈里·塔帕尼亚·维兰德（Harri Tapani Vilander）、汤姆·迈克尔·诺德曼（Tom Mikael Nordman）
用途 该系统通过移动通信网络向移动设备分配互联网协议（IP）地址，使用户可以在各种移动设备上，如用手机来浏览互联网。
背景 在世纪之交，移动电话发生了一场根本性的变革。第一代和第二代移动通信网络（通常称为1G和2G）首先实现模拟制式移动电话，如那些在20世纪80年代常用的手机；其次实现了数字移动电话，如在20世纪90年代和21世纪初所使用的手机和翻盖手机。模拟制式手机和数字手机都使用无线电技术来传输语音信号，但是数字信号被转换成0和1的二进制序列，通过压缩使信号在特定的带宽内发送更多的信号。
3G允许人们在各种移动设备上上网，比如iPad 通用移动通信系统（UMTS）是早期的第三代移动通信系统，又称为3G。通过网络浏览器接入互联网，同时改进语音通话、视频通话和移动流媒体。3G时代建立了覆盖范围更广的“移动宽带”。3G对现有网络做了一些改进，包括显著提高数据传输系统中数据传输的速度峰值、缩短连接时间、扩大互联网范围，并且能支持更多的设备。虽然第一批接入互联网的手机使用的是2G，但直到21世纪初随着3G技术的广泛使用，像黑莓（BlackBerry）和苹果（Apple）等手机制造商才开始开发专门用于移动网站访问的设备。
2003年发布的黑莓Quark系列手机是最早带有互联网浏览器的手机之一。尽管互联网手机最初主要是富人使用的，但这些手机渐渐普及起来，尤其是在2007年iPhone发布后。移动设备中的其他技术很快变得普遍起来，如全球定位系统和视频流，它们都是通过3G实现的。
自从19世纪80年代推出1G系统以来，大约每10年就出现新一代移动通信技术，如1911年2G网络的推出和2003年美国第一代商用3G技术的建立。今天，新一代移动设备使用4G网络，它满足2008年国际电信联盟无线电通信部门提出的一系列要求，如LTE，提供了更高的数据传输速率。但是4G更像是3G的改进，而不是对所用技术的彻底变革，正如我们可以从2G到3G的转变中所看到的那样。0000000000
工作原理
1．全球移动通信系统（GSM）为移动通信服务建立了一套标准，将其标榜为3G或第三代。
2．3G服务基于现有的无线网络，该网络由基站组成，基站使用收发器在给定区域内从多个来源（如电话和蜂窝天线塔）发送和接收信号。
3．信号从一个发射塔传送到另一个发射塔，直到距离移动设备最近的发射塔与其建立连接。
4．通过这些连接传输数据允许移动设备进行电话呼叫、访问互联网、使用视频通话、下载音频或视频，以及使用移动流媒体服务等功能。
5．虽然移动电话是使用3G和4G网络的主要设备，但其他电子产品也可以接入移动宽带网络，比如笔记本计算机和插入USB端口的加密锁（加密狗）。
发明者的话 “本发明的目的是克服或至少减轻现有和目前拟建的移动电信网络的上述缺点。具体地说，本发明的目的是在开始互联网会话之前消除或至少排除在移动终端和移动网络的（某个）节点之间协商IP地址的需要。”
一款典型的安德伍德打字机 打字机
专利名称：打字机器的改进
专 利 号：79，265
专利日期：1868年6月23日
发 明 者：（威斯康星州密尔沃基市）克里斯托夫·拉森·肖尔斯（C.Latham Sholes）、卡洛斯·格里登（Carlos Glidden）和塞缪尔·W.索勒（Samuel W. Soule）
用途 通过敲击一套金属模具按钮系统，使注入墨水的色带在纸上打印出统一规格的字符。
背景 在15世纪，德国金匠约翰内斯·古腾堡（Johannes Gutenberg）发明了一种带有可替换字母的印刷机，使得印刷材料可以为大众使用。一直到20世纪，它仍然是标准。大约到450年后，一种类似于打字机的个人印刷机才取得成功，它使用类似的活字印刷原理。在此之前，早在18世纪初，人们就尝试过数百次制造类似的机器。事实上，这项专利是许多人公认的第一台打字机的前身。
肖尔斯是个报人。他曾任《麦迪逊威斯康星问询报》《密尔沃基新闻》和《密尔沃基哨兵报》的编辑。1864年，他和朋友索勒为一台页码机器申请了专利。同为发明家的格里登建议，可以把这个装置改造成一台打字机。
1868年6月23日，格里登、索勒和肖尔斯获得了一项打字机专利，这是对他们之前申请的一项专利发明的改进。几年后，肖尔和他的朋友们开发出了一个更好的版本，最终成为世界上第一台成功的商用打字机。后来的版本建立了现代的“QWERTY”键盘，至今仍是标准键盘设计。
“QWERTY”键盘是以第二行前六个字母命名的。它的设计出于一个敏锐的观察：把通常一起使用的字母放在一起会在打字时产生干扰。1874年，肖尔斯把他的专利权以1.2万美元的价格卖给了来福枪制造公司的雷明顿父子（Remington & Sons）。
美国幽默作家马克·吐温购买了一台早期的雷明顿打字机，并被认为是第一个向出版商投打印稿件的作家。0000000000
工作原理
1．按下字母和数字键驱动带有单个字符的字锤，然后字锤击打色带，将字印在一张纸上。
2．每次字符敲击会带动色带运动，色带从一个线轴缠绕到另一个线轴。
3．同时，通过绳索和滑轮系统，击键带动托纸架沿着一组棘轮运动，一次敲击推进一点，直到移到一行末尾，必须通过手动操作换行杆返回下一行。0000000000
发明者的话 “希望大家知道，我们，威斯康星州密尔沃基市的克里斯托夫·拉森·肖尔斯、卡洛斯·格里登和塞缪尔·W.索勒，已经发明出了新的改进过的打字机。我们特此声明，以下是对该发明的完整、清晰和准确的描述，该描述将使该领域的技术人员能够制作和使用该发明，参考附图是说明书的一部分。”
“这项发明是对1867年10月11日我们获得专利的那种打字机的改进。它的特点是拥有更高效、更好用的方法来操作以下部分：打字棒、托纸的滑动架，移动和调整滑动架，固定、使用并移动油墨带，自我调整的压纸滚筒和打字杆配套的支架或衬垫。”
“因此，打字机是最简单、最完美的工具——不用笔而用键盘书写进行日常沟通，也是迄今设计出的在各方面都是最好的机器，特别是在制造机器的成本和整洁省力的工作质量方面尤为突出。”
1928年，俄亥俄州阿克伦的固特异轮胎工厂，一名工人在砸开粗橡胶000000000
橡胶硫化
专利名称：橡胶纤维的改善
专 利 号：3，633
专利日期：1844年6月15日
发 明 者：（纽约州纽约市）查尔斯·固特异（Charles Goodyear）
用途 提供了一种生产耐用橡胶材料的方法，特别是用于制造汽车和其他轮胎。00000000
背景 有时候，一个人的贡献在他（或她）离世后才最受欢迎。固特异的一生就是如此。在试用从一家制鞋公司买来的一些生橡胶时，这个贫穷的五金商人因负担不起他的投资而欠债，并被投入监狱。在1839年获释后，他继续用橡胶做实验，并在他的配方中加入各种成分。他最终生产出一种黏糊糊的球状物质，但不小心被扔到了一个滚烫的炉子上。意外的硫化过程开始了。随着材料的熔化，固特异发现：缺失的组成部分耐热。他的材料最终硬化成一种他从一开始就试图达到的那种稳定性。
事实证明，这是一项巨大的成就，它改变了世界存在的方式：一种可靠、坚固的橡胶材料可以被塑造成各种形状，并可应用于各种用途，其中最引人注目的是轮胎的生产。可悲的是，固特异的发明并没有立刻使他获得名声和财富。直到一个世纪后的1937年，一家以他的名字命名的公司开始生产合成轮胎。
固特异轮胎公司的历史告诉我们，热炉事件不仅是一个愉快的意外，更是对固特异创造力的赞颂。
“对于一个头脑总准备做出推论的人来说，它是有意义的”，而且“他对此问题的研究可谓坚持不懈”。固特异自己写道：“生命不应该仅仅用金钱来衡量。我不愿抱怨我播种，别人却收获了果实。只有当一个人播种而没有人收割时，他才有理由感到后悔。”查尔斯·固特异去世时是个穷人，但许多人由于他的创新而获得了巨大的财富。
把25份橡胶、5份硫黄和7份白铅的混合物加热到100～176.7摄氏度之间的温度，就能生产出耐用有弹性的物质，适用于如汽车轮胎等高强度的产品。
硫化橡胶满足了当时许多新兴的需求，包括实用的运动鞋鞋底和自行车内胎——这是约翰·邓禄普（John Dunlop）在1888年开发的。
1927年，固特异轮胎公司生产了第一款“全天候、全季节”乘用车轮胎。
据固特异轮胎公司称，它们目前已种植了数十亿棵橡胶树，大约300万棵树的“挤奶工”在收割橡胶，美国几乎引进了其产量的一半。00000000
发明者的话 “我的改进原理是将硫、白铅和橡胶混合，然后加热到设定的132.2摄氏度，通过组合和加热这个混合物以改变其特质，就不会受阳光的温度或低于阳光照射的、人工加热的温度影响而软化——也不会受到低温的影响而被破坏。”
硫化能使橡胶防水，并能很容易地切割成雨靴的形状
X射线的广泛应用彻底改变了医疗 X射线管
专利名称：真空管
专 利 号：1，203，495
专利日期：1916年10月31日
发 明 者：（纽约州斯克内克塔迪）威廉·D.柯立芝（William D.Coolidge），转让给了通用电气公司
用途 提供了一种有效的方法生成X射线，以捕捉不透明的身体的内部图像。0000000000
背景 1895年，威廉·康拉德·伦琴无意中发现X射线是电磁波，并具备良好的渗透性。那是个命中注定般的日子，这位德国物理学家正在试验一个阴极射线管，这是一种通过扫描电子束的方法来显示图像的装置。但伦琴观察到射线延伸到了阴极射线的范围之外，射线穿透了木头和铝。射线是在管内由电子束撞击产生的。因为当时他不熟悉这种射线，所以他称之为X光辐射。他的同事称它为“伦琴辐射”或“伦琴射线”。
这些X射线提供的好处是显而易见的：它们会提供一种独特的方式去窥见人类的身体。人体组织、肌肉、骨骼和脂肪吸收X射线的程度不同。因为它们可以对人体骨骼和器官进行清晰成像，所以X射线的出现是放射学和医学史上的一场革命。
后来，为了开发一种产生X射线的实用方法，美国电气工程师柯立芝发明了著名的X光管。在此之前，供职于通用电气公司的柯立芝发明了韧性钨用作精制灯丝——现已成为电力照明的标准。
以前，X射线是用稳定的电子流轰击封闭空间而产生的，电子流在碰撞时，速度会发生突然的变化，并转化为穿透射线。在对X光管的研究中，柯立芝发现现有的辐射产生方法存在许多问题。比如，在以前的电子管中，用来影响电子流动的气体的压力变化太大，导致X射线的穿透能力变化无常且不一致。
柯立芝决定除去用来促进电子轰击的气体，而是把钨丝阴极加热到白炽化。他发现这样会释放电子，这些电子可以被电动势操纵到想要的效果，同时消除了气体压力的易变性。
1901年，威廉·康拉德·伦琴因发现X射线而获得第一个诺贝尔物理学奖。为纪念他，人们将在0°C条件下，1立方厘米的干空气中造成一个静电单位的电离辐量强度和标准气压称为1伦琴单位。
柯立芝一生中获得了83项专利，从雷达系统到电热毯等设备和舒适用品。1975年，他被列入美国发明家名人堂。0000000000
工作原理 如下图所示：
1．图1（Fig1）一个玻璃外壳（1）包围一个板状钨阳极（3），从管状末端（2）通过钨杆（4）延伸到中心处。
2．引线（6）（7）适应电源，并密封在玻璃支架中，在那里，它们的能量能够加热阴极（5）。
3．阴极周围是一个空心的钨圆柱（11），作为一个静态调节器来稳定阴极放电的焦点。 发明者的话 “我的发明涉及真空管，尤其是以产生伦琴（或X）射线为目的的真空管。我制造的管与之前用于产生伦琴（或X）射线的管子截然不同。因此，与其说是对之前管子的改进，不如说这是一种全新的管，它的工作原理和工作特性都不同。”
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