專利知識流動視角下的顛覆性技術(shù)方向識別研究
——以6G太赫茲通信技術(shù)領(lǐng)域為例*

苑朋彬 邢曉昭

(中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 北京 100038)

0 引 言

顛覆性技術(shù)概念首次由美國學(xué)者Christensen在1995年提出[1]。顛覆性技術(shù)是指具有一系列新功能,且能夠代替主流技術(shù)并對現(xiàn)有市場或產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生顛覆性影響的一類技術(shù),顛覆性技術(shù)具有變革性、突破性、前瞻性、替代性與高風(fēng)險性[2]等特征。近幾年隨著研究的深入,顛覆性技術(shù)概念在技術(shù)、市場和影響效果等多個維度均進(jìn)行豐富和發(fā)展。

如何進(jìn)行顛覆性技術(shù)識別是當(dāng)前研究的熱點。目前顛覆性技術(shù)識別研究處于初期研究階段,定性方法(如評分模型、未來情景假設(shè)等)或定量方法(文獻(xiàn)計量預(yù)測、量化模型預(yù)測等)[3]是主要的研究方法,其中定量化方法是未來研究的主要趨勢。

專利作為技術(shù)創(chuàng)新過程中的直接表現(xiàn)成果,已經(jīng)成為研究顛覆性技術(shù)創(chuàng)新重要信息來源。近幾年部分學(xué)者從定量角度出發(fā),運用專利等數(shù)據(jù)進(jìn)行顛覆性技術(shù)識別預(yù)測,取得了一定的研究成果。如國外學(xué)者M(jìn)omeni利用專利技術(shù)路徑、k-核分析、主題模型,識別潛在顛覆性技術(shù)[4]。KIM運用LDA主題模型識別出新能源領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)[5]。國內(nèi)學(xué)者黃魯成基于專利數(shù)據(jù),并結(jié)合物種入侵模型來判斷某技術(shù)的顛覆性強度[6]。王康分別基于專利引用變化和技術(shù)融合角度進(jìn)行顛覆性技術(shù)識別研究[7-8]。

為進(jìn)一步豐富當(dāng)前研究的理論方法體系,本研究試圖從專利引文間的知識流動過程出發(fā),探討顛覆性技術(shù)識別方法,這是本研究的創(chuàng)新點。利用專利引文知識流動過程早期探索識別顛覆性技術(shù)具有重要的理論和現(xiàn)實意義,體現(xiàn)在:(1)知識流動與技術(shù)變革具有強相關(guān)性,其流動效果直接影響著企業(yè)、地區(qū)甚至國家的技術(shù)創(chuàng)新能力,利用專利知識流動網(wǎng)絡(luò)有助于為顛覆性技術(shù)識別提供一種切實、可靠的研究思路。(2)通過對知識流動特征進(jìn)行研究,有助于及時發(fā)現(xiàn)具有顛覆性潛力的技術(shù)方向,對于調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,最終建設(shè)一批產(chǎn)業(yè)鏈完善、創(chuàng)新能力強、特色鮮明的產(chǎn)業(yè)集群具有重要的現(xiàn)實意義。

1 研究方法

本研究基于專利計量中的“專利引文方法”和經(jīng)濟(jì)學(xué)中的“投入產(chǎn)出法”,探討了一種新的顛覆性技術(shù)方向識別方法。該方法通過搭建專利知識流動網(wǎng)絡(luò),篩選出具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的技術(shù)方向。并通過計算技術(shù)影響力和感應(yīng)力等指標(biāo),搭建知識圖譜,判別技術(shù)發(fā)展階段,進(jìn)而識別出具有顛覆性潛力的技術(shù)方向,以期為顛覆性技術(shù)識別提供一種新的思路。

投入產(chǎn)出分析是一種比較成熟的經(jīng)濟(jì)學(xué)方法,被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究中, 可以用來刻畫各產(chǎn)業(yè)部門之間的投入產(chǎn)出關(guān)系。目前國內(nèi)外已經(jīng)有部分學(xué)者將投入產(chǎn)出法與專利相結(jié)合,分別從產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)、企業(yè)競爭力、技術(shù)等多角度進(jìn)行應(yīng)用探討,取得了一些研究成果。如國外學(xué)者Nomaler將投入產(chǎn)出分析法與專利引文相結(jié)合,建立產(chǎn)業(yè)知識流動矩陣,進(jìn)而分析不同產(chǎn)業(yè)間的科學(xué)強度(專利引用科學(xué)文獻(xiàn)的數(shù)量)差異[9]。王海龍等將企業(yè)施引專利視為投入,將其授權(quán)專利作為產(chǎn)出,對企業(yè)間的技術(shù)關(guān)聯(lián)和競合態(tài)勢進(jìn)行分析[10]。姜照華、王智琦利用投入產(chǎn)出分析方法對特定領(lǐng)域的前沿、核心技術(shù)進(jìn)行探討[11-12]。

上述研究在方法應(yīng)用可行性層面進(jìn)行了探討,為本研究奠定了研究基礎(chǔ)。但仍然存在一定的不足,主要體現(xiàn)在:相關(guān)研究不夠深入,只是基于指標(biāo)數(shù)值變化,解讀相關(guān)信息。而本研究利用專利引用關(guān)系建立專利技術(shù)方向的知識流動矩陣,以該矩陣作為投入產(chǎn)出關(guān)系表,根據(jù)專利特點計算相關(guān)指標(biāo),通過搭建知識圖譜,對顛覆性技術(shù)發(fā)展階段進(jìn)行定位,這是研究的不同之處。具體研究步驟具體如下:

第一步,根據(jù)專利引文關(guān)系,搭建專利知識流動—投入產(chǎn)出分析表,如下表1所示。首先將“被引專利—IPC技術(shù)方向”視為其技術(shù)“投入”,將“施引專利—IPC技術(shù)方向”視為其技術(shù)“產(chǎn)出”,根據(jù)專利引用關(guān)系,搭建起技術(shù)細(xì)分方向的引用關(guān)系表(專利知識流動矩陣)。本研究將總投入定義為實際被引關(guān)系的累計和,體現(xiàn)在表中為某一列數(shù)值的總和。將總產(chǎn)出定義為實際施引用關(guān)系的累計和 ,體現(xiàn)在表中為某一行數(shù)值的總和。

表1 基于專利知識流動關(guān)系的投入產(chǎn)出分析表

第二部,根據(jù)投入產(chǎn)出表分別計算技術(shù)影響力系數(shù)、技術(shù)感應(yīng)度系數(shù)等指標(biāo)。從技術(shù)維度來看,技術(shù)感應(yīng)度系數(shù)能夠反應(yīng)某項技術(shù)對其他技術(shù)的吸收、消化和再創(chuàng)新能力。而技術(shù)影響力能夠反應(yīng)某項技術(shù)對其他的技術(shù)的創(chuàng)新引導(dǎo)和推動能力[13]。由于顛覆性技術(shù)具有變革性、突破性、前瞻性、替代性、高風(fēng)險性等特征。技術(shù)感應(yīng)度系數(shù)能夠在一定程度上可以表征技術(shù)的突破性,技術(shù)影響力系數(shù)能夠在一定程度上表征技術(shù)的變革性和替代性。

其中感應(yīng)度、影響力系數(shù)計算步驟如下:a.利用投入產(chǎn)出表,計算直接消耗系數(shù)矩陣A(相關(guān)指標(biāo)計算見公式1)。b.基于直接消耗系數(shù)矩陣A,計算完全消耗系數(shù)矩陣B(相關(guān)計算見公式2)。c.利用完全消耗矩陣B,計算應(yīng)度、影響力系數(shù)(相關(guān)指標(biāo)計算見公式3、公式4)。

直接消耗系數(shù):

(1)

完全消耗系數(shù)矩陣:

B=(E-A)-1-E

(2)

技術(shù)感應(yīng)度系數(shù)計算:

(3)

技術(shù)影響力系數(shù)計算:

(4)

第三步,以技術(shù)細(xì)分方向的感應(yīng)度系數(shù)和影響力系數(shù)為橫縱坐標(biāo)值,搭建坐標(biāo)圖。根據(jù)技術(shù)細(xì)分方向所處的象限位置,劃分不同的技術(shù)發(fā)展階段(如圖1所示)。研究將其劃分為4個階段:探索發(fā)展階段、潛力發(fā)展階段、顛覆性技術(shù)發(fā)展、核心發(fā)展階段,4個階段相互轉(zhuǎn)化,不斷推動技術(shù)發(fā)展。a.探索發(fā)展階段:特點是技術(shù)影響力低、技術(shù)感應(yīng)度低。該階段技術(shù)發(fā)展不成熟,技術(shù)創(chuàng)新能力低,技術(shù)影響效果一般,研究處于摸索階段。b.潛力發(fā)展階段:特點是技術(shù)影響力低、技術(shù)感應(yīng)度高。該階段技術(shù)創(chuàng)新活動比較活躍,隨著技術(shù)影響力的提升,有望產(chǎn)生具有重大影響力的技術(shù)方向。c.顛覆性發(fā)展階段:特點是技術(shù)影響力高、技術(shù)感應(yīng)度高。該階段技術(shù)發(fā)展對其他技術(shù)領(lǐng)域具有較強的影響力,且技術(shù)創(chuàng)新能力強,技術(shù)突破有望產(chǎn)生顛覆性的技術(shù)發(fā)展方向。d.核心發(fā)展階段:特點是技術(shù)影響力高、技術(shù)感應(yīng)度低。該階段技術(shù)發(fā)展已經(jīng)形成了核心競爭力,發(fā)展成熟且技術(shù)影響力高。但面向新需求,技術(shù)創(chuàng)新能力面臨一定的瓶頸,亟需開展新一輪的顛覆性技術(shù)發(fā)展探索。

圖1 顛覆性技術(shù)發(fā)展階段知識圖譜

2 數(shù)據(jù)來源

研究選取6G太赫茲通信技術(shù)領(lǐng)域作為研究對象。面向2030年,下一代移動通信技術(shù)6G是當(dāng)前全球戰(zhàn)略研發(fā)的熱點,也是全球戰(zhàn)略競爭的焦點,而太赫茲作為6G技術(shù)的關(guān)鍵候選技術(shù)[14],是實現(xiàn)超高頻率、超大帶寬,超高峰值速率傳輸?shù)闹匾侄?未來3-5年是其研發(fā)的關(guān)鍵時期[15]。早期識別6G太赫茲技術(shù)方向具有顛覆性發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)方向,對于我國調(diào)整6G基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研發(fā)方向、布局產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點、推動通信產(chǎn)業(yè)升級換代具有重要的現(xiàn)實意義。

專利數(shù)據(jù)主要來源于英國科睿唯安Derwent數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫覆蓋了全球96%專利數(shù)據(jù),并且提供全球收錄最全面的專利引文信息。通過對6G太赫茲通信技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)據(jù)進(jìn)行采集,數(shù)據(jù)采集時間范圍為2002年-2022年。檢索方式利用“關(guān)鍵詞”+“IPC分類號”( H04電通信領(lǐng)域)進(jìn)行組合限定檢索;經(jīng)查重、清洗得到最終有效專利1032項。經(jīng)過python數(shù)據(jù)處理工具處理,最終得到施引專利357項,被引專利373項。

3 實證研究

3.1 全球6G太赫茲通信技術(shù)專利申請趨勢

可以看出,近幾年6G太赫茲通信領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量呈現(xiàn)快速增長趨勢(如圖2所示),技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了兩個階段。(1)萌芽期(2010年前):技術(shù)處于初期發(fā)展階段,相關(guān)專利數(shù)量較少,發(fā)展相對平緩。(2)快速發(fā)展期(2010年之后):專利申請量開始增加。尤其隨著2019年5G進(jìn)入商用之后,專利申請速率快速加快,未來幾年是研發(fā)的重要時期。

圖2 6G太赫茲通信領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔?/p>

3.2 基于專利知識流動的投入產(chǎn)出矩陣構(gòu)建

以IPC技術(shù)分類號(小類)作為技術(shù)細(xì)分方向,分別提取專利PN(專利公開號)、PD(專利公開日)、CP(專利引文)等字段內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息,主要提取信息包括施引專利號,施引專利主IPC分類號,被引專利號,被引專利主IPC分類號等。經(jīng)數(shù)據(jù)處理,專利間存在引用關(guān)系的 IPC技術(shù)分類號(小類)共有39個。

分別構(gòu)建“施引專利—IPC技術(shù)分類號(小類)”、“被引專利—IPC技術(shù)分類號(小類)”之間、“施引專利—被引專利”對應(yīng)關(guān)系矩陣。并利用矩陣相乘原理最終得到基于專利知識流動的投入產(chǎn)出矩陣,如下表2所示。其中行代表“被引專利—IPC技術(shù)分類號(小類)”,列代表“施引專利—IPC技術(shù)分類號(小類)”。以列H04L和行H04B交叉數(shù)字3為例,代表H04L技術(shù)細(xì)分方向和H04B技術(shù)細(xì)分方向共發(fā)生了3次專利知識流動。

表2 6G太赫茲通信領(lǐng)域技術(shù)細(xì)分方向投入產(chǎn)出表

3.3 技術(shù)影響力、感應(yīng)度系數(shù)計算

分別計算直接消耗系數(shù)矩陣、完全消耗系數(shù)矩陣,并基于完全消耗系數(shù)矩陣, 最終得出技術(shù)分類號(小類)之間的技術(shù)影響力和技術(shù)感應(yīng)力系數(shù)。需要注意的是,由于6G太赫茲通信技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展目前處于初期階段,構(gòu)建的知識流動矩陣為稀疏矩陣,因此在計算過程中,為構(gòu)建完全消耗矩陣,需要考慮將技術(shù)間引用關(guān)系為0或者自引關(guān)系直接消耗系數(shù)為1的IPC技術(shù)分類號(小類)去掉。因此最終共篩選保留的有效IPC技術(shù)分類號(小類)共7類。最終計算的影響力和感應(yīng)度結(jié)果如下表3所示。其中IPC小類代表的技術(shù)方向釋義如表4所示。

表3 6G太赫茲通信技術(shù)細(xì)分方向影響力和技術(shù)感應(yīng)度系數(shù)

表4 技術(shù)細(xì)分方向釋義

3.4 顛覆性技術(shù)方向識別研究

以橫縱坐標(biāo)對7類技術(shù)細(xì)分方向進(jìn)行階段劃分(由圖3所示),可以看出目前6G太赫茲通信技術(shù)細(xì)分方向主要集中在探索發(fā)展階段。

圖3 6G太赫茲通信技術(shù)顛覆性技術(shù)方向識別圖譜

a.探索發(fā)展階段(低技術(shù)影響力、低技術(shù)感應(yīng)力): 技術(shù)研究細(xì)分方向涵蓋H01Q、H01S、G02F等方向,主要涉及天線、發(fā)射器件、光學(xué)器件等。

b.潛力發(fā)展階段(低技術(shù)影響力、高技術(shù)感應(yīng)力):技術(shù)細(xì)分方向主要涵蓋無線通信網(wǎng)絡(luò)(H04W)方向,無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方向創(chuàng)新活動比較活躍,隨著技術(shù)影響力的提升,有望產(chǎn)生具有重大影響力的技術(shù)。

c.顛覆性發(fā)展階段(高技術(shù)影響力、高技術(shù)感應(yīng)力):技術(shù)細(xì)分方向主要涵蓋傳輸系統(tǒng)(H04B)等方向,傳輸系統(tǒng)(具體包括有線傳輸系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、近場傳輸系統(tǒng)、利用無線電以外的電磁波活微粒輻射的傳輸系統(tǒng)、聲波傳輸系統(tǒng)等)的技術(shù)突破和應(yīng)用有望對6G太赫茲通信領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生顛覆性的影響效果。

d.核心發(fā)展階段(高技術(shù)影響力、低技術(shù)感應(yīng)力):技術(shù)細(xì)分方向主要涵蓋數(shù)字信息傳輸(H04L)、電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理(G06F)等方向,上述技術(shù)方向是太赫茲通信技術(shù)發(fā)展的核心支撐技術(shù)。

3.5 專家驗證

通過組織領(lǐng)域?qū)＜覍ι鲜鼋Y(jié)論進(jìn)行驗證,專家認(rèn)為利用該方法得出的結(jié)論具有一定的代表性。

以探索發(fā)展階段識別結(jié)果為例:a.專家指出,當(dāng)前6G太赫茲技術(shù)發(fā)展,主要面臨的現(xiàn)實挑戰(zhàn)是核心器件和通信傳輸系統(tǒng)的研產(chǎn)能力上,目前太赫茲系統(tǒng)還在原型驗證階段,器件工作效率和能耗方面還達(dá)不到商用通信系統(tǒng)的要求。b.而研究結(jié)論顯示,當(dāng)前6G太赫茲通信技術(shù)細(xì)分研究方向主要集中在探索發(fā)展階段,涉及天線、發(fā)射器件、光學(xué)器件等。專家經(jīng)驗與研究結(jié)論基本一致,在一定程度上證實了該研究方法的有效性。

4 結(jié) 語

本研究從方法理論和實證研究兩方面進(jìn)行顛覆性技術(shù)方向識別研究:a.方法理論研究階段,本研究構(gòu)建了一種基于專利引文知識流動的顛覆性技術(shù)方向識別方法,為顛覆性技術(shù)識別提供一種新的思路。b.實證研究階段,本研究選取6G太赫茲通信技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行實證研究,結(jié)合專家經(jīng)驗,證實了該方法的有效性和可行性。

但本研究同樣存在一定的局限性,體現(xiàn)在:僅從技術(shù)維度出發(fā),以專利數(shù)據(jù)作為研究對象,并不能從市場維度和影響效果維度進(jìn)行全方位的顛覆性技術(shù)揭示;研究領(lǐng)域比較前沿,專利引文數(shù)據(jù)比較少,容易忽視掉一些原始技術(shù)創(chuàng)新;研究的深度和廣度有待擴(kuò)展,研究方法具有探索性,需要繼續(xù)深化研究的思路和手段。