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美國專利商標局發布人工智能專利擴散分析報告

2020年10月27日，美國專利商標局（USPTO）發布《人工智能發明：追蹤美國人工智能專利擴散》報告（InventingAITracingthediffusionofartificialintelligencewithU.S.patents）。

報告顯示，從2002到2018年，美國人工智能專利的年申請量增長超過100%，從每年3萬件增加到6萬多件，含人工智能的專利申請所占份額從9%上升到近16%。

同時，活躍于人工智能領域的發明人和專利權人比例從1976年的1%上升到2018年的25%。此外，排名前30位的人工智能公司大多來自信息和通信技術領域，也有特例，如美國銀行、波音和通用電氣。

報告使用機器學習人工智能算法來確定1976至2018年發布的所有美國人工智能專利申請。這一方法能靈活地從專利文檔的文本中學習，不受特定分類號和關鍵字的過度限制，從而提高了識別人工智能專利的準確性。

01人工智能的重要性日益提升

報告指出，專利申請量的增加標志著有價值的新技術的出現，這些申請量反映了投資者和創新者的眼光，他們尋求利用新技術進行創新，而人工智能技術則顯示出了這種增長趨勢。

圖1顯示了從1976到2018年公開的人工智能專利申請量及其在所有公開專利申請中所占份額的長期趨勢。

由于美國發明人保護法（AIPA）在1999年底及其實施期（圖1中的灰色區域）所作的修訂，2002年后份額開始增長。

從2002到2018年，人工智能專利申請量和份額普遍增加，其中人工智能專利的年申請量增長了一倍以上，從3萬件增加到了6萬多件。

雖然美國專利商標局的專利申請總量在這段時間內也有所增加，但人工智能申請的占比也出現了顯著增長，從2002年的9%增長到2018年的近16%。

圖11976-2018年美國人工智能專利申請量和占比

圖2顯示了1990至2018年公開的人工智能組件技術專利申請量，最多的是規劃與控制（紅色虛線）和知識處理（淺藍色虛線）。

它們是最通用的人工智能組件技術，其他組件技術（例如機器學習）的專利通常包括規劃與控制或知識處理的元素。

自2012年以來，機器學習和計算機視覺領域的專利申請量顯著增加。

這兩種人工智能技術都是AlexNet在2012年取得成功的關鍵，AlexNet是2010ImageNet大規模視覺識別挑戰賽的一部分，也是一個分水嶺，它改變了圖像識別和機器學習（特別是深度學習）的技術軌跡。

人工智能硬件以及計算機視覺的專利申請量同步增長。這兩種組件技術專利申請的緊密聯系可能反映了圖像識別的進步以及計算能力和性能需求之間的相互影響。

專用硬件包括計算機處理器和專用內存的加速器，人工智能的其他應用（例如自動駕駛汽車）也涉及專用硬件。

圖21990-2018年公開的人工智能組件技術專利申請量

02人工智能在技術之間的擴散

本節探討人工智能技術是否正在擴展到新的領域。對于每件專利申請，USPTO都會審查其技術內容，并根據主題將專利劃分到特定的技術分組。

當前系統具有600多個子類，涵蓋了大量主題，包括化學、電子、機械和材料等。

圖3顯示了從1976年開始人工智能的技術擴散情況。與人工智能專利申請總量的增長類似，人工智能正在更大的技術范圍中擴散（綠色實線）。

1976年，人工智能的專利出現在大約10％的技術子類中，到2018年，已擴大到42%以上的技術子類中。

人工智能組件技術分成了三個具有不同擴散率的集群，第一個集群是知識處理和規劃/控制，正在以最快的速度擴散到各個專利技術類別中，此狀態反映了這些人工智能組件在各種技術領域的普遍適用性。

第二個集群（視覺、機器學習和人工智能硬件）擴散速度較慢，但仍在增加。

第三個集群（進化計算、語音和自然語言處理）的擴散速度最慢，在20世紀90年代后期一直徘徊在5％左右，直到最近才擴展到近10％的技術子類中。

這些集群表明人工智能組件技術之間相互依賴，但需要更多的研究來了解這些模式背后的因素。

圖31976至2018年人工智能及其組件專利在所有專利技術子類的分布情況

03人工智能在發明人和專利權人之間的擴散

圖4顯示了從1976到2018年至少獲得一件人工智能專利的美國個人發明人和專利權人占比。

這一比例的增長表明有更多的發明人和專利權人在其發明中使用人工智能技術。個人發明人和機構專利權人占比總體同步增長。

獲人工智能專利的個人發明人占比在1976年僅為1％（藍色虛線），到2018年增長到25％，即2018年所有個人發明人專利中有25％的專利使用了人工智能技術。

從2009年開始，使用人工智能的個人發明人所占比例甚至超過了使用人工智能的機構（藍色虛線與綠色實線交叉）。

這意味著擴散不僅發生在機構之間，而且發生在個人間，越來越多的個人和機構在其工作中采用了人工智能技術。

圖41976-2018年擁有人工智能專利的美國發明人和專利權人占比

圖5列出了擁有人工智能專利的美國前30強公司。根據授權專利時的記錄，這些公司持有1976年至2018年授予的所有人工智能專利的29％。

前30名公司大多屬于信息和通信技術（ICT）領域，也有例外，如通用電氣、波音和美國銀行。

圖51976-2018年美國人工智能專利權人機構30強

04展望

人工智能在技術、發明人和專利權人之間的分布表明，人工智能對美國發明越來越重要。

人工智能技術能否像電力或半導體一樣具有革命性，部分取決于創新者和公司能否將人工智能發明成功地融入現有的和新的產品、流程和服務中。

報告結果表明，人工智能技術具有這種潛力。

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