基于專利的技術(shù)進(jìn)化樹(shù)的構(gòu)建與解析

楊 中 楷， 徐 夢(mèng) 真， 韓 爽

（大連理工大學(xué) 人文與社會(huì)科學(xué)學(xué)部，遼寧 大連116024）

一、引 言

達(dá)爾文發(fā)表《物種起源》不久，馬克思就呼吁寫(xiě)一部以進(jìn)化論學(xué)說(shuō)為參照的技術(shù)史評(píng)注［1］。齊曼等在《技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)化論》中指出，“技術(shù)創(chuàng)新是一種進(jìn)化過(guò)程”［2］，將遺傳、變異、選擇、適應(yīng)等概念植入到技術(shù)演化研究當(dāng)中。為便于將生物進(jìn)化與技術(shù)進(jìn)化進(jìn)行更好地對(duì)應(yīng)，齊曼引入了道金斯所提出的縻母（meme）的概念，用以形容技術(shù)的遺傳信息［3］。他認(rèn)為“適用于實(shí)際人工制品的技術(shù)‘縻母’可以被獨(dú)立地進(jìn)行傳遞、存儲(chǔ)、恢復(fù)、變異和選擇”。“縻母”作為技術(shù)基因的對(duì)應(yīng)，能夠較好地隱喻分子層次的生物進(jìn)化并解釋微觀層次的技術(shù)進(jìn)化的問(wèn)題，也揭示出生物進(jìn)化和技術(shù)進(jìn)化之間嚴(yán)重的“非相似性”，即：在技術(shù)進(jìn)化中，“縻母”經(jīng)常重組，并且多血統(tǒng)是通則。巴薩拉也借用人類學(xué)家克虜伯的“系譜樹(shù)形圖”解釋了有機(jī)體與人造物之間的關(guān)鍵性區(qū)別［1］。他認(rèn)為生物進(jìn)化的樹(shù)形圖是由分開(kāi)叉而構(gòu)成新物種的獨(dú)立枝條構(gòu)成的，各枝條是彼此獨(dú)立的，而人造物樹(shù)形圖是一種怪異的植物種類，獨(dú)立的枝條交融在一起產(chǎn)生新的類型。

齊曼和巴薩拉都指出了技術(shù)進(jìn)化樹(shù)與生物進(jìn)化樹(shù)的最大區(qū)別，即技術(shù)枝條之間相互連接并生成新的實(shí)體，這反映出技術(shù)物種之間融合的普遍性。但他們提到的技術(shù)進(jìn)化樹(shù)是以技術(shù)制品和人造物為對(duì)象的，屬于表型層次而并非基因?qū)哟巍?duì)照生物學(xué)的發(fā)展進(jìn)程，根據(jù)蛋白質(zhì)的序列或結(jié)構(gòu)差異關(guān)系構(gòu)建的分子進(jìn)化樹(shù)已經(jīng)向我們展示出生物進(jìn)化的微觀圖景［4］，而基因?qū)哟蔚募夹g(shù)進(jìn)化樹(shù)的形成和發(fā)展研究，卻仍然停留在概念階段。齊曼雖然意識(shí)到技術(shù)制品進(jìn)化樹(shù)的特征受到技術(shù)“縻母”影響，卻并未直接對(duì)基因?qū)哟蔚倪z傳、變異等技術(shù)進(jìn)化活動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)論述。本文將立足于技術(shù)進(jìn)化的基因?qū)哟危柚鷮＠姆治龅瓤梢暬侄?，闡釋技術(shù)進(jìn)化樹(shù)的微觀演化特征、演化動(dòng)力等基本問(wèn)題。

二、基于專利的進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建原理與方法

按照莫克爾的觀點(diǎn)，在生物學(xué)中，底層結(jié)構(gòu)是基因型，而顯示性實(shí)體則是表型［2］。在進(jìn)化認(rèn)識(shí)論中，底層結(jié)構(gòu)是知識(shí)基礎(chǔ)。這啟發(fā)我們，只要能找到知識(shí)的有效載體，就能通過(guò)載體間的相互關(guān)系，尋找到構(gòu)建基因?qū)哟蔚募夹g(shù)進(jìn)化樹(shù)的途徑和手段。波普爾提出的世界3理論將世界劃分為物理狀態(tài)的世界、精神狀態(tài)的世界和客觀知識(shí)的世界。龐杰依此將科學(xué)知識(shí)和技術(shù)知識(shí)加以區(qū)分，并分別將科學(xué)論文和專利文獻(xiàn)作為兩類知識(shí)的載體展示了文獻(xiàn)引用網(wǎng)絡(luò)中的知識(shí)流動(dòng)［5］。多西指出從專利引文網(wǎng)絡(luò)中可衍生出“技術(shù)軌道”［6］，休謨和道恩提供了一種從文獻(xiàn)引文網(wǎng)絡(luò)中探尋關(guān)鍵路徑的定量和可視化方法，驗(yàn)證了多西的看法的可行性［7］。沃斯培根等人基于專利引文網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)軌道識(shí)別方法［8］［9］，形象地展示出特定技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)化的過(guò)程和路徑。上述學(xué)者的工作，都將專利文獻(xiàn)作為技術(shù)進(jìn)化研究的基本節(jié)點(diǎn)單位，體現(xiàn)出專利文獻(xiàn)與專利引文分析在研究技術(shù)知識(shí)活動(dòng)中的合理性與可行性。

對(duì)于專利文獻(xiàn)在技術(shù)進(jìn)化樹(shù)中的地位和作用，我們還需要結(jié)合案例重新梳理。圖1是一項(xiàng)美國(guó)專利US2929922的前向引用圖，箭頭代表因引用所發(fā)生的知識(shí)流動(dòng)的方向，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一項(xiàng)專利（文獻(xiàn)）。知識(shí)從US2929922專利流向了其他20項(xiàng)專利，其他20項(xiàng)專利都從源專利的知識(shí)集合中獲得了相應(yīng)的知識(shí)片段，這是一個(gè)遺傳的過(guò)程。而根據(jù)專利的“三性”原則，每一項(xiàng)新的專利與舊有專利相比都必須具備相應(yīng)的新穎性和創(chuàng)造性，這是一個(gè)變異過(guò)程。我們放大US4746201專利，回溯其形成過(guò)程。圖2是US4746201專利的后向引用圖，表明US4746201專利不但從US2929922專利中獲得了知識(shí)片段，而且還從其他10項(xiàng)專利中獲得了知識(shí)片段，這些知識(shí)片段重新組合形成了新的知識(shí)集合，使其表現(xiàn)出與US2929922專利不同的功能特征。US2929922專利是激光技術(shù)的最源頭的技術(shù)始祖。US4746201專利則是一項(xiàng)激光技術(shù)中的偏光裝置，雖仍屬于激光技術(shù)序列，但其技術(shù)裝置已經(jīng)有較大不同。

圖1 US2929922的前向引用圖

圖2 US4746201的后向引用圖

基于上述分析，我們可以認(rèn)為：從進(jìn)化論的角度來(lái)看，可以將一個(gè)專利文獻(xiàn)對(duì)應(yīng)于一種DNA。這是因?yàn)?，每一個(gè)專利文獻(xiàn)都與其他專利文獻(xiàn)有著明顯的差別，而在生物體中，這種差別的根源正好在DNA層次上。如果將專利文獻(xiàn)定位在DNA層次，那么其中所蘊(yùn)含的知識(shí)就可以被定義在基因?qū)哟?，看做是技術(shù)“縻母”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，技術(shù)“縻母”就是那些具有遺傳信息的知識(shí)片段的集合。按照此邏輯，可以理順生物進(jìn)化和技術(shù)進(jìn)化之間的諸多關(guān)系。首先，基因型到表型的關(guān)系。當(dāng)專利中的技術(shù)知識(shí)物化為現(xiàn)實(shí)技術(shù)之時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了從基因型到表型的轉(zhuǎn)化過(guò)程。技術(shù)進(jìn)化中知識(shí)進(jìn)化和人工物進(jìn)化的過(guò)程并不是完全對(duì)應(yīng)的，很多專利并沒(méi)有轉(zhuǎn)化為人工制品就迅速被忽視了，但這不影響其在技術(shù)知識(shí)進(jìn)化中的作用。其次，遺傳和變異的關(guān)系。遺傳來(lái)自于對(duì)知識(shí)從上一代到下一代的流動(dòng)，這種流動(dòng)主要是通過(guò)引用實(shí)現(xiàn)的。變異是新知識(shí)產(chǎn)生所導(dǎo)致的，新知識(shí)在原有知識(shí)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，是原有知識(shí)的各個(gè)片段經(jīng)過(guò)重新組合而來(lái)的。最后，我們雖然無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定專利文獻(xiàn)中知識(shí)的數(shù)量、結(jié)構(gòu)，但進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建的目的不外乎是判斷不同節(jié)點(diǎn)之間的親緣關(guān)系，而專利引文分析天然地能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)之間的時(shí)間順序和關(guān)系清晰的展示出來(lái)。因此，只需找到確定的源頭，就能夠繪制相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)化樹(shù)。

三、基于專利的技術(shù)進(jìn)化樹(shù)的演化特征解析

實(shí)際上，圖1向我們展示的是US2929922專利演化的一代進(jìn)化樹(shù)。為描述方便起見(jiàn)，我們只從US2929922專利出發(fā)單向度地繪制進(jìn)化樹(shù)，對(duì)于進(jìn)化樹(shù)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，只考慮其與此進(jìn)化樹(shù)中節(jié)點(diǎn)的相互關(guān)系，而不將其他知識(shí)來(lái)源節(jié)點(diǎn)繪制在內(nèi)。

圖3 US2929922二代前向引用圖

借助Pajek軟件，利用檢索到的專利引用信息繪制US2929922專利的二代進(jìn)化樹(shù)，即將第一代20個(gè)節(jié)點(diǎn)的前向引用情況再展開(kāi)，形成一個(gè)以US2929922為核心的二階關(guān)系圖（圖3），包含446個(gè)節(jié)點(diǎn)和754條連線。在圖3中，進(jìn)化樹(shù)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間已經(jīng)顯現(xiàn)出相互的連接關(guān)系。如右上角的US4564011專利，就是US3750670和US3783874相互交融的結(jié)果。圖3下方的節(jié)點(diǎn)群，都與US4053845、US4746201和US4161436相連接，是由這三個(gè)節(jié)點(diǎn)相互交融而成。為更清楚地展示二代進(jìn)化樹(shù)的特征，只顯示二代進(jìn)化樹(shù)的結(jié)構(gòu)而不顯示節(jié)點(diǎn)標(biāo)記，生成圖4。清晰地向我們展示出以US2929922專利為核心所形成的技術(shù)進(jìn)化樹(shù)及其演變過(guò)程，這與巴薩拉所提到的人造物進(jìn)化樹(shù)的特征是相似的［1］。

圖4 US2929922二代進(jìn)化樹(shù)

圖5 巴薩拉的生物進(jìn)化樹(shù)和人造物進(jìn)化樹(shù)

雖然只繪制到技術(shù)進(jìn)化樹(shù)的第二代節(jié)點(diǎn)，也未將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息更充分地展開(kāi)，但這已經(jīng)能夠向我們展示出基因?qū)哟蔚募夹g(shù)進(jìn)化樹(shù)的鮮明特征。首先，正如齊曼所指出的那樣，技術(shù)進(jìn)化中“縻母”之間經(jīng)常重組，而且重組的“縻母”之間存在著明顯的差異，甚至代表著不同的物種。在生物學(xué)中，即便兩個(gè)物種之間能夠繁育后代，但其后代不能具有繼續(xù)繁育的能力。而在技術(shù)進(jìn)化過(guò)程中，這種障礙是不存在的。其次，不但是同代的節(jié)點(diǎn)之間可以相互交融，不同代次之間的節(jié)點(diǎn)之間也會(huì)發(fā)生代際交融。因此，在基于專利的技術(shù)進(jìn)化樹(shù)中，代際的間隔并不明顯構(gòu)成障礙，有些很古老的知識(shí)往往也會(huì)重獲新生，和新近的知識(shí)一起成為新知識(shí)生成的溫床。第三，在人造物進(jìn)化樹(shù)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)分化成多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量也是有限的，而在專利進(jìn)化樹(shù)中這個(gè)數(shù)量理論上是無(wú)限的。目前可知的被引次數(shù)最多的專利，其前向引用次數(shù)可以達(dá)到3000次左右。最后，如前所述，作為知識(shí)基礎(chǔ)層次的進(jìn)化過(guò)程，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人造物。對(duì)于不少專利進(jìn)化樹(shù)來(lái)說(shuō)，如延伸至第三代，其節(jié)點(diǎn)數(shù)量就將數(shù)以萬(wàn)計(jì)，需要利用一定的技術(shù)手段才能夠識(shí)別出其中的主要路徑。

四、基于專利的技術(shù)進(jìn)化樹(shù)的演化動(dòng)力

從專利進(jìn)化樹(shù)的演化過(guò)程來(lái)看，本質(zhì)上是由于知識(shí)的活動(dòng)所推進(jìn)的。舊知識(shí)中的知識(shí)單元被游離出來(lái)，發(fā)生重組形成新的知識(shí)集合，專利之間不斷的發(fā)生引用關(guān)系，將進(jìn)化過(guò)程向前推演，這展現(xiàn)出知識(shí)進(jìn)化的自主性的一面。從技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程來(lái)看，只有被發(fā)明人選中的部分知識(shí)會(huì)被納入到技術(shù)研發(fā)的過(guò)程中，再經(jīng)過(guò)遺傳和變異過(guò)程，導(dǎo)致了新技術(shù)基因的形成?？柹凇都夹g(shù)創(chuàng)新進(jìn)化論》中認(rèn)為愛(ài)迪生在發(fā)明過(guò)程中扮演了遺傳工程師的角色，主導(dǎo)了技術(shù)基因“雜交”過(guò)程［2］。這啟示我們，在技術(shù)基因?qū)哟紊?，真正起“選擇”作用的主體是一個(gè)個(gè)的發(fā)明人個(gè)體，是他們的決策和行為引發(fā)了技術(shù)基因的遺傳和變異。這也正符合馬克思等人的技術(shù)進(jìn)化觀［10］，技術(shù)進(jìn)化不是自我繁衍，而是由意志引導(dǎo)、有意識(shí)的、主動(dòng)的人類活動(dòng)控制的一種進(jìn)程，而且受到?jīng)Q定歷史的力量的塑造和修飾。

圖6描述了一個(gè)底層知識(shí)基礎(chǔ)的進(jìn)化示意圖［11］，我們借此描述人在其中的主導(dǎo)作用。首先，專利發(fā)明人建立了一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，為了解決這個(gè)問(wèn)題，他必須要構(gòu)建一個(gè)知識(shí)集。這需要從客觀知識(shí)世界中進(jìn)行搜索，然后選擇出相應(yīng)的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)知識(shí)作為可用的知識(shí)集。這表現(xiàn)為專利對(duì)其他專利或科學(xué)文獻(xiàn)的搜索和引用過(guò)程。然后，他從選取的可用知識(shí)集中抽取相關(guān)的知識(shí)單元，基于自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和智力水平對(duì)其進(jìn)行重新組合，為解決技術(shù)問(wèn)題提供新的知識(shí)集合。所不同的是，由于專利還必須具備實(shí)用性，這種新的知識(shí)還必須具備強(qiáng)烈的可表達(dá)性，即通過(guò)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)化就能夠成為現(xiàn)實(shí)的技術(shù)形態(tài)。

圖6 底層知識(shí)進(jìn)化過(guò)程

科學(xué)的推動(dòng)、社會(huì)需求的拉動(dòng)以及技術(shù)體系內(nèi)部的矛盾是引發(fā)技術(shù)發(fā)展的主要宏觀和微觀動(dòng)力。發(fā)明人的選擇正是在這些力量的推動(dòng)下而最終實(shí)現(xiàn)的?；具壿嬍牵杭夹g(shù)體系內(nèi)部的矛盾使得發(fā)明人意識(shí)到問(wèn)題的存在，這促使他們?nèi)ニ阉髦R(shí)世界以提出解決方案。在此過(guò)程中，新的科學(xué)知識(shí)的出現(xiàn)能夠?yàn)榻鉀Q技術(shù)問(wèn)題提供新穎和根本的思路，而原有的技術(shù)知識(shí)能夠?yàn)榻鉀Q技術(shù)問(wèn)題提供堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。在已抽取的知識(shí)按照何種方式重組的問(wèn)題上，發(fā)明人還間接地受到社會(huì)需求的影響，他會(huì)盡量面向社會(huì)需求設(shè)計(jì)新知識(shí)的表達(dá)手段。因此，基因?qū)哟蔚募夹g(shù)進(jìn)化與人工制品層次的技術(shù)進(jìn)化是有區(qū)別的，在這個(gè)層次上發(fā)明人的個(gè)體選擇作用對(duì)技術(shù)進(jìn)化的作用更加直接和明顯。

我們可以結(jié)合湯斯的US2929922專利對(duì)上述過(guò)程做一具體闡釋。湯斯和肖洛因雷達(dá)研究遇到了如何產(chǎn)生微波的問(wèn)題，利用分子振蕩實(shí)現(xiàn)了微波乃至可見(jiàn)光的放大，導(dǎo)致了激光技術(shù)的出現(xiàn)。在此過(guò)程中，湯斯選擇了愛(ài)因斯坦的科學(xué)理論作為新的技術(shù)原理，肖洛等人選擇了法布里—珀羅干涉儀等技術(shù)裝置實(shí)現(xiàn)了湯斯的技術(shù)設(shè)想，從而構(gòu)建了完整表達(dá)激光技術(shù)的整個(gè)知識(shí)集合［12］。后續(xù)的其他專利也都大多遵循這個(gè)過(guò)程，都將湯斯的源頭技術(shù)作為借鑒和參考。從技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)來(lái)看，源頭專利一般受到科學(xué)理論的影響較大，而后續(xù)專利更多地注重通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)提高性能，受到社會(huì)需求的影響也逐漸增加，體現(xiàn)出發(fā)明人在外力作用下決策結(jié)果的變化趨勢(shì)。

五、結(jié) 論

首先，遺傳、變異等生物進(jìn)化過(guò)程中的基本活動(dòng)在技術(shù)進(jìn)化中同樣存在。以專利及其引用為法則的底層知識(shí)中的遺傳、變異活動(dòng)，構(gòu)成了技術(shù)進(jìn)化樹(shù)形成和演化的環(huán)節(jié)。其次，技術(shù)進(jìn)化樹(shù)與生物進(jìn)化樹(shù)有著明顯的差異性。在技術(shù)進(jìn)化樹(shù)中，節(jié)點(diǎn)之間的交流障礙理論上是不存在的。不同種類、不同代次之間的節(jié)點(diǎn)都能夠發(fā)生交融，且越是差異性較大的節(jié)點(diǎn)越容易產(chǎn)生創(chuàng)造性很強(qiáng)的新的知識(shí)。最后，按照一般的說(shuō)法，生物進(jìn)化是隨機(jī)的，是自然選擇的結(jié)果。技術(shù)進(jìn)化則是有目的的，是人為設(shè)計(jì)的結(jié)果。發(fā)明人推動(dòng)了技術(shù)進(jìn)化的進(jìn)程，他的選擇直接影響了技術(shù)進(jìn)化的方向。

從微觀上來(lái)看，發(fā)明人的行為有隨機(jī)性，但如果能夠把握技術(shù)進(jìn)化的總體過(guò)程，就會(huì)對(duì)特定領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)做出一定程度上的預(yù)測(cè)。同時(shí)，如將個(gè)體專利放在進(jìn)化樹(shù)中進(jìn)行考察，也能夠?qū)ζ浼夹g(shù)價(jià)值和意義有更加清晰的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。我們應(yīng)該利用各種技術(shù)手段，把握特定領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)化的整體圖景和局部特征。一方面可以為技術(shù)發(fā)明人進(jìn)行技術(shù)研發(fā)活動(dòng)提供選擇依據(jù)，另一方面，也能夠?yàn)檎块T(mén)制定科技政策和發(fā)展規(guī)劃提供情報(bào)參考。當(dāng)然必須要提到的是，本文所提供的以專利為基礎(chǔ)的技術(shù)進(jìn)化過(guò)程，只是對(duì)于技術(shù)進(jìn)化過(guò)程的一種解讀。對(duì)于技術(shù)進(jìn)化過(guò)程及其與生物進(jìn)化過(guò)程的對(duì)比研究，需要更多更有效的思路和手段的介入，才能更加全面揭示技術(shù)進(jìn)化的內(nèi)涵和特征。

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