自从2007年《大众科学》杂志设立“年度发明大奖”以来，这个专题见证了众多新锐发明家的诞生。新的材料、廉价的3D打印工具和网络为今天的发明家们提供了更方便的发明环境。今年入选的10大发明，无论是售价不超过30美元的纸板自行车、解决边远地区照明问题的重力灯，或是专门为太空旅游者设计的宇航服，都试图帮助解决这个世界面临的迫切问题，利用新的材料和技术，以最低成本实现最大效率。

　　1家用飞机

　　产品名：Synergy研发成本：未知成熟度：2/10

　　谁也不喜欢机场的拥挤、飞机的经常晚点、安检程序的繁琐缓慢，因此约翰·麦克吉尼斯认为，如果可能，普通家庭更愿意拥有私人飞机，于是，在父亲、儿子和二十多位志愿者的帮助下，他决定改造私人飞机。不同于今天价格动辄超过房屋的小型飞机，麦克吉尼斯说，他发明的Synergy私人飞机价格更便宜、更安静，每加仑燃油可飞行40多英里，燃料利用率是普通小型飞机的3倍。

　　47岁的麦克吉尼斯小学二年级第一次乘坐飞机。私人飞机的低效率让他感到困扰，于是他用了20多年的时间自学航空工程学和流体动力学。一天，他在女儿们的卧室里浏览科学期刊，偶然读到一位N A SA (美国宇航局)研究者挑战传统气动阻力公式的论文。麦克吉尼斯看到了它的潜力。“我走出孩子们的房间，激动得语无伦次，像疯子一样对我的妻子直嚷嚷，”他说，“亲爱的，你永远不会相信。我刚刚解决了从孩童时代就一直困扰我的问题。”

　　Synergy的机翼向上弯曲成一个盒子的形状，可以最大化减少阻力，增加效率。每个机翼的上半部向机身后方延伸，相当于尾巴，同时又可提供更大的飞行稳定性。这种双盒子形状的机尾还可抵消龙卷风式的漩涡，使得滑行更加轻易。推进器被从飞机前端移到了子弹形机身的尾部，有助减少噪音，增大推力。

　　麦克吉尼斯在他父亲的车库里研制Syn-ergy，他用一台电脑数控机和定制的模具制造零部件，用3D软件快速实现新的构思。家庭成员组成了设计团队的核心，麦克吉尼斯的儿子凯尔是团队的副指挥。一个用玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉尔材料制作的1/4大小模型证明这种崭新的机翼形状是成功的。凭借通过群体集资筹集到的8万美元资金，他们希望能够在今年之内制造出能够搭载5人的样品机。“我每周在这个项目上花费90小时，几乎没有睡觉的时间，”麦克吉尼斯说，“我知道自己的发明是独一无二的，这就是推动我前进的动力。”

　　2纸板自行车

　　产品名：Alfa Bike

　　研发成本：$250，000

　　成熟度：6/10

　　2009年的一天，以色列工程师伊扎尔·加夫尼坐在安静的图书馆里，设计一台给石榴去籽的机器，他的思想不知不觉飘到了自行车上。这是他最喜欢的休闲运动。加夫尼很欣赏用竹子制作的自行车，但它们的成本实在太高。他问自己，为什么不用纸板替代竹子？

　　在接下来两年的时间里，加夫尼学会了将纸板折叠成最坚固的形状；反复试验后，他最终得到了类似蜂窝和鸟巢的坚固结构。他又花了一年的时间，将纸板制作成自行车部件。他说，“我觉得自己就像是莱特兄弟，正在探索未知领域。”

　　他最终完成了一辆单速自行车，它的轮辐和主要框架均用纸板制成，再在表面涂上清漆，防止纸板受潮气侵袭。加夫尼想方设法利用废旧物资，旧汽车轮胎被改造成自行车轮胎；汽车牙轮皮带被改造成轮胎链条，塑料瓶被改造成踏板曲柄。这款自行车名叫A lfa，总重28磅，可以搭载一位体重560磅的人，载重量相当车本身重量的20倍。

　　加夫尼打算批量生产4种型号：两款18磅重的成人自行车，用户可选择加装充电马达；还有两款儿童自行车。他希望每辆车的材料价格不超过12美元，最终售价不超过30美元。通过在自行车上张贴广告——— 或是筹集足够的捐款——— 让发展中国家的人可以免费骑上纸板自行车。加夫尼又开始设想用纸板制作婴儿车、轮椅、甚至汽车。他说，“这种廉价的材料可以做成几乎任何东西。”

　　3毒气过滤头盔

　　产品名：WindMaker H elm et

　　研发成本：$200，000

　　成熟度：8/10

　　1999年，金属电焊工人迈克尔·布克曼到一家铝厂工作，上班第一天，开工仅30分钟，他就因为吸入太多有毒气体患上急性支气管炎，整整病了3天。康复期间，布克曼一直在思考可否用电焊头盔过滤有毒气体。“但是当时的市面上根本没有这样的头盔。”于是，他开始设计WindMaker——— 一款可以防止肺部受损的头盔。

　　WindM aker从头盔后面吸取新鲜空气，推动空气穿过过滤器，再吹向前方，新鲜空气在冷却皮肤的同时还可防止玻璃面板前烟雾笼罩。安装在下颌旁边的一个风扇可帮助排出空气，吹散工作区内的有毒烟雾。玻璃面板两侧的LED可帮助照明，此外还有一层厚厚的阻隔火花的隔热防护材料。

　　多家公司已经对这款头盔表示了兴趣。但是，在正式开始销售之前，WindM aker首先必须经过美国国家职业安全卫生研究所的空气过滤功能测试。如果这一装置最终通过检验，将能够为电焊工人们提供多重保护。