我们的现代世界充满了各种各样的产品和服务、医疗保健选项和医疗手段、小玩意和享受，所有这些都以我们几乎无法吸收的速度出现在人们的视野中。我们发现自己对这些奇妙的创新感到惊讶和惊叹，然后我们开始依赖它们。在我们拥有 GPS、拍照手机、脑部扫描和激光眼科手术之前，我们都做了些什么？
为我们带来舒适和便利，并改善我们的安全和健康的事物，是几十年前在材料、软件、计算、生物学、化学和信息技术等领域的基础发现的成果。学术界和政府实验室涌现新发现的速度丝毫没有放缓的迹象。通过学术论文和专利申请等衡量标准，科学产出持续保持或超过历史上的任何时期。此外，随着中国、印度和其他国家以重要方式进入研究领域，我们完全有理由期待未来出现更多伟大的科学成果。
然而，伟大的科学并不会自动转化为世界一流的技术。这种转变需要时间、金钱和耐心——而这些商品最近都供不应求。事实上，在过去的一代人中，将发现从实验室转移到实际应用的传统方式承受了相当大的压力。除非我们解决这一短缺问题，否则我们光明的前景将无法实现。在许多方面，我们都在靠昨天的投资成果生活。
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在从实验室到市场的道路上，有两个至关重要且成本高昂的步骤，资金和努力的来源变得不稳定：在早期阶段，当新的科学概念被应用于有前景（但具有投机性）的实际用途时；以及在后期阶段，当一项技术正在向必须为市场引入而进行测试和完善的实际产品过渡时。过去，大型企业实验室是推动基础研究穿越死亡之谷的工具，但这些机构在很大程度上已不再发挥这一作用。风险投资公司没有弥补这一空缺，而是选择了“去风险化”的前景，这些前景明显落后于基础研究实验室的产出。
这种趋势对整个创新领域造成了挤压。原始技术需要大量投资才能将其引导到市场。回报往往是不确定的。通信和绿色技术——两个关键领域——尤其容易被快速复制，而知识产权法往往无法解决这些问题。与下游投资相比，转化研发总体上是一个吸引力较小的商业命题，在下游投资中，主要挑战已经克服。不幸的是，推动突破性进展的捷径寥寥无几。
我们现在面临的危机是一个机会，可以建立一个更加开放、自由和自下而上的支持系统，以支持从实验室到市场的漫长征程——这个系统最终可能更加稳健，更适合我们这个时代的技术。政府、大学和企业之间的合作将不得不取代过去的企业慷慨解囊。为了实现这一目标，我们需要一种新的创新文化，让许多较小的参与者协同工作，以保持创意管道的畅通。
Siri 和其他“潜在机遇”
美国科学和研发是世界上的主导力量。从 1996 年到 2011 年，美国研究人员发表的科学出版物（包括文章、评论和会议论文集）中可引用的文件数量从每年约 31 万份增长到每年约 47 万份——无论从绝对数量还是增长速度来看，都远远超过其他任何国家，仅次于中国。在同一时期，列出美国和至少一个其他国家合作者的已发表论文的百分比也从约 22% 上升到近 30%，这在一定程度上说明了国际联合开发的增长——这是更好的沟通和数据共享的产物。这些数字很强劲，但在这些数字背后，却有令人担忧的原因。
为了理解原因，请考虑 2011 年出现的那个爱开玩笑的 iPhone 助手 Siri。Siri 的根源可以追溯到一项由政府资助的国防高级研究计划局 (Defense Advanced Research Projects Agency) 耗资 1.5 亿美元、为期五年的计划。该计划由 SRI International 牵头，拥有 22 个合作伙伴，包括麻省理工学院、卡内基梅隆大学和斯坦福大学。SRI 继续开发该技术，然后将其剥离出来，成立一家独立的风险投资支持公司。到史蒂夫·乔布斯在 2010 年为苹果公司收购该公司时，Siri 已经吸收了 1.75 亿美元和七年的开发时间。
Siri 不仅仅是智能手机的新奇事物。理解、处理和响应关于最近的星巴克位置的口语查询所需的计算进步，可能很快就能回答更重要的问题。想象一下，能够咨询类似 Siri 的工具，询问您刚刚在乳房中发现的肿块，并对答案充满信心。这种潜在的机会通常在将研究想法推向产品开发的过程中变得显而易见。
Siri 的案例表明，从研发到市场的看似简单的道路可能是漫长而曲折的。清洁能源和制药领域的更大规模创新通常需要数十年的努力和 10 亿美元或更多的投资。许多未来可能改变社会的潜在技术目前正处于等待状态，充满希望但缺乏支持。针对个人及其疾病的个性化药物，有朝一日可能会减轻巨大的痛苦。然而，在我们的监管制度下，开发和测试此类专门配方的巨大成本和时间使得这项投资难以推销。先进的微型机器人可以插入体内以去除动脉中的斑块，这是另一项等待中的技术。微型无人飞行器目前只是实验室的好奇之物，但可以在先进的天气预报或空气质量监测中发挥重要作用。随着联邦研究经费的缩减和企业实验室专注于近期产品开发，谁将资助这些技术？
大型企业实验室的遗产
在 20 世纪中后期，伟大的企业研究实验室充当了从研究到市场的桥梁。企业资助的最后一个重要例子之一是应变硅技术，我们必须感谢这项技术在过去一二十年中微处理器性能的惊人提升。应变硅是一种提高硅基电子器件效率的技术；它涉及将锗沉积到硅上，从而扩大硅原子之间的空间，提高电路性能。应变硅最初是 20 世纪 80 年代后期康奈尔大学实验室的一个想法，然后引起了 AT&T 贝尔实验室研究人员的注意，他们想要更好的电话交换机半导体。该公司对这项投机性技术投入了大量资源，尽管回报尚不明确。1996 年，时任麻省理工学院首席研究员的吉恩·菲茨杰拉德 (Gene Fitzgerald) 成立了 Amberwave Technologies 公司，将其商业化。从那时起，又花了七年时间和数百万美元，英特尔才推出了基于应变硅的“Prescott”奔腾 4 处理器。
有大量例子表明，塑造我们生活的技术如果没有大型企业实验室的支持，就不会问世。水力压裂法或“压裂法”可以追溯到 19 世纪，但直到 20 世纪 40 年代斯坦诺林德石油公司（印第安纳标准石油公司的一部分）采用该技术后，才得到广泛的商业应用。又经过了几十年的进一步发展，该技术才能够从以前无法触及的储量中开采天然气。3D 打印技术的曲折路线始于 20 世纪 50 年代西门子的喷墨研究，后来辗转斯坦福大学医学院、IBM、造纸公司米德，最终又辗转惠普和其他打印机制造商。
从实验室研究突破到实际实施再到市场成功的道路是漫长且不可预测的，需要多次迭代。不能期望当今以产品为中心的公司承担这项事业的费用。但至关重要的是，我们必须找到一种方法来做到这一点。事实上，美国和其他地区已经感受到了大型企业研究撤退的影响。
短期压力
短期市场压力已经削弱了对太阳能技术和交通电气化的投资。在信息和通信技术领域，美国国家科学院警告说，“旨在取得根本性突破的联邦长期基础研究有所减少，而以旨在改进现有产品和服务的短期、渐进式和进化式产品为主。”电信行业协会指出，美国不再在“研发强度”方面领先世界，在经济合作与发展组织国家中已跌至第八位。“在过去的 35 年中，”它说，“美国联邦政府一直是基础研究的主要赞助者……因为几乎所有企业研发实验室都无法再负担基础研究的高成本和高风险。他们的企业任务要求进行回报更快的短期研发。”
欧洲和亚洲的情况也类似。这些国家用于转化研究的大型企业资金来源已经减少或保持平稳，主要原因是同样的短期压力和预算紧缩。至少美国还有一些风险投资来缓解冲击——欧洲和日本就没有那么幸运了。
中国和印度的崛起产生了新的活力。这些国家可能会重振研究，但也可能对已建立的技术国家构成威胁。中国可能会将数十亿美元的国家控制资本投资于源于美国、欧洲和日本进行的基础研究的产品研究，从而获得由此产生的工作岗位和经济繁荣。当此类研究进入市场时，专利权通常会过期，因此中国不必侵犯任何知识产权。事实上，由于基础研究的商业化本身会产生知识产权，因此中国最终可能会要求其他国家的研究发明支付专利费。
印度的策略也好不到哪里去。它实际上已经将重要专利国有化，以造福其制药业。它是否会将这种做法扩展到医疗保健以外的领域还有待观察。
然而，对中国和印度的崛起也有一种积极的看法。由于这些国家支持着世界上越来越多的科学家，因此他们理所当然地会取得更多突破。世界各地的消费者都将受益。即使中国，比方说，利用美国的研究并将其转化为产品，也比没有人这样做要好。
填补研究空白
在美国，在缺乏大型企业赞助商的情况下，美国必须重新调整其方法，以支持研究从实验室向市场的过渡。我们将不得不在我们长期以来对自由市场竞争的热爱中做出一些牺牲，并正视创新过程中艰苦、昂贵、不确定的部分需要联邦、州和地方政府的大力支持这一事实。
最近因太阳能公司 Solyndra 和混合动力电池制造商 A123 Systems 的倒闭而引起的轩然大波，使联邦政府对技术商业化的投资声名狼藉，但这种投资必须继续下去。华盛顿需要分散投资，为各种实体提供资金——从政府研究实验室到资金充足的私营技术初创公司，这些公司有能力将研究转化为产品和服务。毕竟，互联网起源于国防部的研究，GPS 定位来自军事研究，消防员现在使用的阻燃服装起源于美国国家航空航天局。当国家科学基金会在 2010 年庆祝成立 60 周年时，它列出了其资助的 60 项发现：磁共振成像、光纤、超级计算机和密码学，仅举几例。
联邦政府的支持只是第一步。我们还必须鼓励公私合作，将政府机构和主要研究型大学的公共资源与私营企业的时间和资金投入相结合。
这种公私混合方法并不新鲜，但迄今为止，它主要局限于小型边缘项目，其中许多项目资金不足。顶尖大学的技术转移办公室与学术界的主要运作没有很好地结合在一起。州政府组织的公共资助研究人员和私营企业之间的合作，以发展新公司和高价值工作岗位，其范围还不够广泛，无法涵盖延伸到早期阶段的投资。
然而，一些有用的模式正在出现。宾夕法尼亚州先进制造业研究中心 (RAMP) 将卡内基梅隆大学和利哈伊大学与宾夕法尼亚州的公司聚集在一起，旨在发现新技术并加速大学研究机构与私营企业之间的知识流动。RAMP 的投资包括下一代 3D 打印技术工业应用研究以及基于血浆的生物材料的制造工艺。
其他州也在创建框架来鼓励合作。在 2012 财年，俄亥俄州拨款 2500 万美元，用于资助世界一流的公私合作研究实验室，这些实验室专注于先进材料、再生医学、燃料电池和储能以及替代能源。2005 年，得克萨斯州设立了新兴技术基金，为希望将源自得克萨斯州大学或休斯顿美国国家航空航天局约翰逊航天中心的研究商业化的私营公司提供配对资金。
长期投资资金
我们需要更多这样的合作。我们如何鼓励公共和私营部门的参与者参与其中？美国商务部成立的国家创新和创业咨询委员会汇集了来自行业、风险投资和大学的思想领袖，以解决这个问题。该委员会提出了一些建议，以鼓励这些团体合作。联邦机构可以为高风险创新研究创造机会。行业和大学可以加强其在推进共同感兴趣的技术方面的战略投资。他们都可以启动项目，将大学教师和学生与潜在的行业合作伙伴、创业导师和“概念验证”资金来源联系起来。
联邦机构可以帮助大学将创新组成部分纳入拨款申请。与行业合作使用其知识产权的大学可以获得优惠税收待遇。与此同时，大学技术转移办公室可以努力最大限度地提高发现对社会的益处，而不是最大限度地提高大学的收入。
我们的监管流程也需要简化。在绿色能源等高度监管但快速发展的行业中，为数据稀缺且处理耗时的时代设计的法规给创新者带来了不必要的阻力。消除瓶颈将加快速度并降低成本。
欧洲和亚洲已采取措施建立对创新者的激励措施。法国、中国和日本采用了基于数量的研究税收抵免，奖励公司研发活动的总量。相比之下，美国以零敲碎打的方式授予税收抵免，这种繁琐的方法让许多美国公司不屑一顾。欧洲研究区于 2000 年首次启动，并于 2007 年重新启动，以将工作重点放在到 2020 年实现共同愿景上，其持续发展导致了欧洲国家之间研发投资和合作的增加。也许美国可以为美洲建立一个联邦研究组织。
这些想法背后的理念是将文化转变为一种认识到长期投资和创造合理激励机制的价值的文化。如果我们做得对，我们将建立一个创新生态系统，该系统将在下一个世纪继续将伟大的科学转化为变革性技术。