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研發團隊:中原大學化學工程學系 副教授洪維松
輔導團隊:工研院產服中心
國內大專院校每年有成千上萬的學術研究與專利成果,但真正有機會被產業界採用,並商業化生產的不多,因此,科技部積極推動產學合作,本年度補助工研院執行「運用法人鏈結產學合作試行計畫」,協助學術單位與產業界媒合,可撓式石墨烯導電材料就是其中一成功案例。 「石墨烯材料」是材料領域界的新寵兒,其透光、導電、抗電磁波、高機械強度之特性,開啟了更多應用面。可運用於電子元件、燃料電池、觸媒、感測器等相關應用,甚至還能運用於過濾工業廢水,達到回收利用之功效。IBM、三星等半導體科技公司紛紛投入該材料領域研發。 由於石墨烯材料的碳原子組成排列方式特殊,是由單層的碳原子,以sp2軌域互相鍵結成由六角環組成蜂巢般的平面結構。厚度僅有0.334 nm,是目前世界上最薄的材料。室溫下的電阻約10-6‧cm,比銅和銀更低,電子傳導率(200,000 cm 2 V -1 s -1 )是導電度非常好的導體。它同時也具有半導體的性質,可藉由摻入不同的氣體來形成n或p型半導體。且石墨烯的透光率高達97.7%,幾乎是透明的。它的機械強度高(125Gpa)、拉伸模數大(1.1Gpa)的特性,將可以取代以氧化銦錫為原料的ITO玻璃,而被廣泛運用在透明電極、觸控螢幕等產業。 成立十多年,致力於推動與薄膜科技相關之學理與技術開發應用的中原大學薄膜中心,近年也投入石墨烯材料研發及應用研究,研發的可撓式石墨烯導電膜材,不僅實驗室裡做得出來,更已具備商業量產能力。中原大學化工系、中原薄膜中心副教授洪維松解釋,核心技術在於可以均勻地分散具導電性的石墨烯於少量的黏著劑中,並且透過連續式製程製備成單一式或複合式可撓式導電膜材,除藉由分散技術能均勻成膜外,也具有優異的電磁波屏蔽、導電、導熱等特性。因此,除了實驗室生產的小片薄膜可順利產出,應用於商業化大面積的薄膜也已可產出商業化產品規格。 濾水功能佳 走出紅海迎向藍海 洪維松表示,可撓式石墨烯導電膜材,如果應用在電子產品並不稀奇,這樣的應用模式只算是「紅海」;為了走出「紅海」迎向「藍海」,目前應用模式預期可針對濾水用途的藍海市場進行推廣。 104年8月蘇迪勒颱風重襲北台灣,帶來豪雨,因翡翠水庫儲水區濁度飆高,部分地區自來水無法飲用,大賣場的包裝飲用水大賣,水資源再度受到重視。石墨烯首要藍海,無疑為淨水器的濾水材料;可撓式石墨烯導電膜材的「分離」能力,就具備極佳的濾水功能。 洪維松指出,工業用水可以回收再利用,半導體產業的工業廢水透過可撓式石墨烯導電膜材可以充分過濾,甚至可以當飲用水;原因很簡單,就是目前掌握的可撓式石墨烯導電膜材的技術,已可做到極均勻的塗布,在過濾時讓水中物質的分離效果最佳,就像是經過一座大山,也像水通過麥飯石一樣。 他並補充說明,即便透過可撓式石墨烯導電膜材可以有效過濾工業廢水,甚至達飲用水標準,但心理作用下還是不會拿給人喝。因此,工業廢水過濾仍以回收再做工業利用為主,飲用水的過濾依然採用非工業廢水。 獲國際大獎肯定 繼續研發向前 洪維松的可撓式導電膜技術已在2014台北國際發明暨技術交易展獲得銅牌獎,也在2015美國匹茲堡國際發明展中獲得金牌獎,獲獎肯定也是推動中原大學薄膜中心持續研發向前的動力。獲獎後受到國際知名的英國牛津大學科技創新部關注,相關資訊並已揭露於牛津大學網頁(isis-innovation),更足以代表此研發成果已獲得國際肯定。 這項能將石墨烯均勻分散於膜材中製膜的分散技術,先前已有業界廠商提出極高授權金,希望能一探該技術原委。但在瞭解本計畫後,洪維松仍傾向透過科技部「運用法人鏈結產學合作試行計畫」協助得以瞭解該分散技術及膜材材料最適應用面,因而參與本計畫。 計畫輔導內容部分,由工研院產服中心協助技術往商品化方面協尋市場應用面可發展方向,及後續協尋合作廠商等相關事宜,希望能有效協助該技術推動商品化,於過程中除工研院產服中心投入外,工研院技轉中心也協助於確認該技術應用面時進行專利檢索、分析,或進一步確認洪維松的石墨烯研發技術是否具侵權疑慮等相關事宜,洪維松也針對各種可能應用面依據廠商回饋建議提供必要檢測,供廠商釐清確認使用。再者,工研院產業學院亦協助提供成熟技術教導,進一步促進智財保護觀念植基。可以說,本計畫動用了工研院內部多項資源:由產服中心(最小可行性產品化輔導)+技轉中心(技術應用面專利檢索分析)+中原洪維松團隊(技術相關檢測驗證、技術應用層面規劃)+工研院產業學院(成熟技術教導)所組成。洪維松的技術成果,經本計畫持續進行產業推動下,迄今已與數家不同領域廠商進行合作商談,除了在電子產業中繼續耕耘之外,未來希望能應用於智慧衣等方面,開創另一片藍海市場。
研發團隊:亞東技術學院通訊工程系 副教授賴金輪、陳俊宏
輔導團隊:工研院技轉中心
台灣地狹人稠,缺乏天然資源,因此政府在十幾年前即導「資源回收」的重要性,透過長期教育與推廣,民眾早已養成隨手做分類的好習慣。直到今日,台灣推動資源回收的成效,不僅已與歐美日等先進國家並駕齊驅,也成為極具發展潛力的產業。 看好資源回收業的市場前景,台灣產官學界正戮力研發自動化回收技術。亞東技術學院通訊工程系副教授賴金輪、陳俊宏研究團隊研發出一套以影像辨識與光譜分析辨識回收物材質的技術,獲工研院協助,日前已申請專利,有機會在不久的將來進入量產階段。 工研院指出,科技部為強化產學合作,推動「運用法人鏈結產學合作試行計畫」,選擇重要領域先行試辦,由法人協助學界研發成果及專利推廣至產業界,並加速學界研發成果商品化及產業化,藉此提高產學界的競爭力。 工研院表示,此一名為「光學分析識別技術於資源回收物分選作業之應用」的研究專案,即為工研院協助亞東技術學院進行研發與專利布局的具體實例。 條碼辨識還不足 影像辨識有局限 研究團隊表示,現行的自動化資源回收系統多採條碼辨識,「例如歐、美、日等國,尤其是歐盟,已經建立了完整的條碼資料庫,因此他們的ARM(Auto Recycling Machine,自動回收機)可以辨識多種回收物。」 而在國內也有類似的自動回收機試行,透過條碼感應,系統即能辨識出回收物是鐵鋁罐或是寶特瓶;此外,自動回收機結合電子票證回饋機制,民眾將鐵鋁罐及寶特瓶投入自動回收機後,系統會將回饋金儲值至電子票證內,增進民眾做資源回收的誘因,試辦情況相當不錯。 然而,條碼辨識雖方便,但仍有不小問題。賴金輪說:「民眾喝完飲料後,常會將鐵鋁罐壓扁,此時不管是二維條碼還是幾維條碼,通通都看不到了」;此外,寶特瓶瓶身外那圈印有條碼的包裝紙,也常被民眾撕掉,這都會導致辨識失敗。 「後來,有一家做資源回收的廠商來找我們,詢問有沒有可能改用影像辨識?」研究團隊進行多次實驗後發現,影像辨識固然有其效用,但仍有盲點,「長得一模一樣的外觀,但材質完全不一樣;或是材質一樣,結果外觀完全不同,那影像辨識就完全沒用。」 此外,影像辨識回收物還會遇到一個問題,目前辨識技術多透過物理計算,諸如體積、密度、穿透率等,必須在容器被清空的情況下才能處理,「但很多人飲料沒喝完就把瓶子丟掉,也沒辦法要求他們。」因此研究團隊決定從化學特性來著手。 取得專利及量產 自動化選別大突破 「要在不破壞容器的前提下檢測其質地,最快的方式就是光譜分析。」研究團隊指出,歐、美、日等國都已經有紅外線頻譜分析的相關專利;另外,還有採拉曼(Raman)光譜分析的技術,用以探測化學物質的結構,可辨識出各種容器的特性,都可解決辨識回收物的問題。 然而,光譜分析儀的價格相當高昂,「隨便一套微型光譜儀,造價可能都要上百萬;即使是用於藥物檢測的手持型光譜儀,價格也要好幾十萬。」若自動回收機要普及,造價勢必不能太高,否則一定會失敗,「就像電動車的充電站太少,大家也不會想換電動車」。 因此,研究團隊與廠商討論並訪查後,將每台自動回收機的成本定在5,000歐元,高階機型則壓在9,000歐元以內,「大概在新台幣20萬元至40萬元左右。」但光是一個頻譜儀的價格就高過這個金額,成本問題看似無解。 幸運的是,透過工研院協助,研究團隊後來找到一家製造微型光譜儀廠商,其所生產的光譜儀,頻譜波段與市面上的光譜儀雖略有差異,但價格低廉,「一整套辨識核心做起來,造價大約10萬元以內」,且經實驗後,發現辨識核心配合特殊分類演算法的分辨率非常高。 接著,研究團隊在既有的辨識核心上,進一步開發出特殊的探頭(Sensor)機構,此機構設計不僅可有效解決容器內容物未被清空、瓶身變形等問題,分辨速度也相當快,「只要3秒,就可以完成辨識與回收工作」,日前正在申請專利中。 研究團隊表示,此研究若一切順利,藉由各類回收容器模型的建立、量測、訓練編碼,可成為機器人自動化識別分類的基礎;此外,結合多重感應器以及光譜探測等整合式訊號分析的自動回收機,若取得專利並順利量產,將可達成高速度、高精準度、細緻分類的自動化分類目標,為現行資源回收自動化研究領域帶來一大突破。 而從產業面來看,該團隊表示,此研發成果可改正現有自動回收機在辨識度、速度、分類類別數、防偽識別等方面的缺失,增進回收機的效率與智能;另外,對於建立國內自主的相關產業技術而言,可做為技術移轉或相關研發設計參考,亦有相當大的助益。 對於研究心血終於走到申請專利這一步,研究團隊表示,在研發過程,除了找到符合成本的解決方案外,科技部也扮演關鍵角色,「科技部提供相當多的資源,我們才能將自己的想法落實,不然只能一直停留在實驗階段。」 此外,科技部也提供參與計畫的學者相當多的協助,「例如提升我們在智財權方面的知識,並協助進行專利侵權分析、專利布局地圖等。」團隊坦言,學界具研發質量,但缺乏經費與資源,透過科技部注入研究經費、工研院協助人才培育與產學合作,將可達到互補效果,也能加速技術移轉,對提升台灣產業競爭力有很大的幫助。
研發團隊:國立台北科技大學車輛工程系 教授兼系主任蕭耀榮
輔導團隊:工研院產服中心
還在用一般啞鈴健身嗎?或者總是一次準備多組啞鈴練手臂呢?未來這些可能都落伍囉!原來想健身也可以很簡單,台北科技大學研究團隊開發智慧型磁流變液健身器,利用機車煞車用的磁流變液提供阻力轉換,可依照個人喜好及能力調整適合的阻力健身,以避免運動傷害,且未來除了健身器材一途外,研究團隊還計畫將觸角伸向復健器材領域。 不想花大錢上私人健身中心,學校的健身房成為學生最經濟實惠的選擇,不過僧多粥少,想要抽空健身還得先卡位,才有機會搶到器材,這也成為研究團隊最初開發智慧型磁流變液健身器的動機。 考量傳統使用鐵塊或啞鈴臂力訓練,因重量大、阻力大、難調整且具危險性,一旦不小心使用錯誤,還可能導致運動傷害,有鑑於此,台北科技大學車輛工程系教授兼系主任蕭耀榮等人研發智慧型磁流變液健身器。 功能多合一 可當啞鈴可修飾蝴蝶袖 由於近年來一般民眾健康意識抬頭,許多小資族也開始願意砸大錢上健身房,但一般民眾若要在家健身,恐需一次準備多組器材,例如不同重量的啞鈴,既花錢又占用空間,因此研究團隊開始思考,如何開發出一套讓上班族或老年人在家就可輕易健身的智慧型產品,並藉由適當力量操控,避免造成運動傷害。 蕭耀榮表示,磁流變液煞車器除了可提供阻力外,阻力強度還可隨時調整,因此在科技部運用法人鏈結產學合作試行計畫的支持下,進一步將其應用在健身器材,希望最終發展出可攜式裝置,而藉由手臂彎曲或抬舉形成一股阻力,以達到同樣使用啞鈴的訓練效果。值得注意的是,未來這套智慧型磁流變液健身器,甚至可以幫助修飾惱人的蝴蝶袖,相信可讓不少有同樣困擾的女性族群眼睛為之一亮。除了臂力訓練器外,蕭耀榮透露,目前實驗室中另有3、4項產品樣態正在開發階段。 不過,由於穿戴式裝置只是研究團隊最初的概念,在智慧型磁流變液健身器進階至穿戴式裝置前,恐怕還有一大段路要走,工研院也評估,以目前技術恐難以做到穿戴式的程度,加上還需考量使用者實際需求。換句話說,若要使用者在健身前就得花費相當長時間,將智慧型磁流變液健身器的機器手臂安裝至手臂,恐變相減低使用意願。 在克服穿戴式裝置所需技術之前,蕭耀榮也坦言,在正式量產前還有不少問題待克服,包括如何讓裝置輕量化、提升耐用度、增加使用介面親和力等。 至於如何做到輕量化,蕭耀榮認為,產品材料或材質部分可以改變的不多,重點在於需將產品內部結構徹底改變,例如透過特有專利將阻力煞車器的體積減少25%至50%。然而,如何將學界的概念變可行,讓創新的概念走出實驗室,以落實商品化,是當前猶待克服的難題,因此儘管學校有創新想法還不夠,仍得靠科技部、工研院的力量協助縮短產學落差,以協助產品發展更完善。 先鎖定健身器材 醫療復健市場更大 除此之外,工研院也需適時扮演學界與產業界的橋樑。為瞭解使用者的需求、產品規格及樣態是否被市場接受,工研院得適時扮演先鋒。工研院產服中心經理陳冠廷表示,研究團隊所提出的智慧型磁流變液健身器或許對一般使用者有一定吸引力,但廠商也會好奇這類有趣想法最終能否落實,得要確定產品能否使用,才會有下一步合作。 為實際瞭解市場需求,工研院先前已協助學校研究團隊進行為期1個月市場調查,逐一訪查廠家、專家及實際健身族群。 隨著訪查對象不同,受訪者對智慧型磁流變液健身器的規格期待也不一樣,工研院以健身器材製造商為例,廠商主要考量器材運送成本、重量是否足夠應付商用市場使用需求,以及裝置用電量等影響健身中心營運成本的因素。 經整合受訪者意見後,預估智慧型磁流變液健身器功能朝5大方向開發,包括應具輕量化設計、具科技時尚感、可協助訓練不同肌群、輔助姿勢正確及提供訓練相關參數紀錄等。 陳冠廷估計,未來智慧型磁流變液健身器價格約介於新台幣1萬元至2萬元之間,但為提高誘因及市場接受度,他認為智慧型磁流變液健身器最大價值應不僅取代傳統健身器材鐵片重量,最大關鍵應是在於可有效預防運動傷害,未來可能還需進一步結合其他軟體介面,例如增加電競功能,以增添附加價值,才有機會提高消費誘因,而健身訓練器材數位化及智慧化也將是未來新藍海。 另一方面,除了將磁流變液阻力器應用在健身器材,研究團隊也將腦筋動到復健器材市場,由於隨著時代進步、人均壽命延長,面對高齡化社會,民眾越來越重視養身。 值得一提的是,醫療復健器材近年來成為各方積極搶進的新領域,由於目標市場族群不限於老年人,不同年齡層的群眾都有各式復健需求,而醫療復健市場大餅雖大,但因牽扯到復健力學,實際能由運動器材切入復健醫療領域的廠商至今有限,因此也成為研究團隊亟欲切入的市場。 蕭耀榮透露,著眼於老人照護、復健市場大餅遠大於健身市場,目前已與國內醫學大學合作,搶進復健領域。 由於一般醫學中心器材較複雜或老舊,如何讓復健器材結合數位化趨勢,更符合一般使用者習慣,陳冠廷認為,這塊市場將是未來藍海,但因復健器材一旦涉及療效,需經臨床實驗及法規驗證,過程複雜度恐較健身器材更高,因此估計「時間可能3、5年跑不掉」,且極耗成本。 考量研究團隊或工研院在進行相關附件產品功能及可行性驗證後,後續可能就需由醫療器材製造廠接手。陳冠廷表示,目前研究團隊短期研究重點先鎖定健身器材領域,長期則再著重復健器材開發。
研發團隊:國立中央大學資訊工程學系 副教授陳慶瀚
輔導團隊:工研院產業學院
未來不管是10歲的小孩或是80歲的老人,在居家中,都能享受智慧管家的照料;出外有監控設備保護,享受安全又安心的生活是每一個人的夢想,要達到此一境界,如何用科技促動生活環境的每一個環節與日常用品「智慧化」會是重要關鍵。 然而,要到達智慧化成效所涉及的技術卻相當廣泛,除原本的產品功能外,還必須具備資訊收集、傳輸、分析、運算、回饋與反應的功能,這些額外的功能意味產品體積、耗能的增加。以一個生活中處處可見的監視攝影機為例,過去攝影機只要能拍攝、錄影即可,智慧化的監視攝影機除了前述的基本功能,還必須具有將拍攝下來的視訊畫面進行辨識是否有意外情況,再針對意外情況警告相關人員的自動反應功能。 面對物聯網(IoT)、工業4.0的智慧化時代來臨,設備與設備間的連結和溝通成為首要工作,不過,國際級設備廠在不同領域有各自山頭,設備間的相容性並不高,要讓不同設備能夠相互溝通地「連結(Link)」在一起,困難度不小,需要軟體及作業平台支援。「連結」設備困難又麻煩,不如「整合」設備,解決工業4.0需求的物聯網,更革命性的做法是將兩個或數個設備整合在一起,創造出全新的產品,概念雖然簡單,但最大的門檻就在整合的技術。 工研院及中央大學合作研發的「可程式視覺控制器(以下簡稱:PVC)」正是集攝影機、工業電腦及可程式邏輯控制器(以下簡稱:PLC)於一體的新產品,這項整合型創新產品的問世預料將可成為明日之星。PVC是一個嶄新概念的產品,整合視覺檢測、控制與智慧聯網在一個微型系統的工業4.0概念產品。 簡單的說,可程式視覺控制器是將智慧攝影機(Smart Camera)、工業電腦以及可程式邏輯控制器三個設備整合在一個單一模組上的產品,由於內部不需複雜的通訊連結,也不需要耗費冗餘的系統資源去執行網路協定轉換,省去了大量空間、低耗電並解決設備相容性的問題。 具三大核心技術擁兩項多國專利 可程式視覺控制器產品的計畫主持人為中央大學資訊工程學系副教授陳慶瀚,他解釋傳統連網自動化過程,需要複雜的連線、通訊協定、網路管理,同時搭配軟體作業系統,為了高速運算,需要採用高階中央處理器(CPU)、記憶體(DDR RAM)及快閃儲存器(Flash Memory)等,所需的成本、空間跟功耗都非常龐大。 陳慶瀚指出,PVC有三大核心技術:「影像處理硬體加速器」、「PLC的PLCopen硬體加速器」和「工業物聯網虛擬機器(GVM)」,因此得以實現高速即時的視覺檢測和運動控制,以及遠端聯網開發、部署和監控。整合這些功能的PVC系統裡沒有作業系統,因此使用最低功耗的處理器就可以達到高階影像分析、運動控制和聯網功能,這又讓成本更精簡、性能更高、耗電更低。 「PVC除了具備整合工業4.0核心元件功能,更擁有體積小、成本低、耗電低三大優勢,我們將工業攝影機、工業電腦及PLC變成單一個模組,大小只有2.5cmx2.5cm大小,甚至比目前全世界最小的工業攝影機(3cmx6cm)還小」。必須強調的是,PVC最大亮點並非只是把三項設備整合在一個模組上而已,重點在於自動化設備連接到雲端後的「虛實整合」,聯網是最低的需求,聯網後能做些什麼才是價值所在。 陳慶瀚解釋,傳統的檢測工作需配備一個程式設計師及一個測試工程師,連上網後,就加入遠端開發、測試及監控功能。以目前西門子的設備為例,可以做到遠端監控,但新製程的開發必需要有工程師在現場執行。未來虛實整合後,透過虛擬機器可隨時改變PVC執行功能流程,相較於傳統需要專業工程師去修改,有了極大的彈性及便利。 另以食品業為例,倘若原定的製程因為節慶、消費者喜好變化等特殊情況導致產品的溫度、濕度及口味需求需要變動,新型態的虛擬機器即使專業工程師、檢驗師不在現場,也可以在遠端進行參數及程式修改,甚至非專業工程師就可以操作。每個人在PVC上都可以寫程式,如此一來,設備即使是賣到印度,在台北就可以進行新版程式測試,完成後再傳過去。 此項新產品除了可以在遠端進行程式修正,還可以更進一步的在沒有後端工業電腦和PLC的環境下,獨立執行取像、影像處理/分析、檢測、定位、追蹤等機器視覺功能,而產品中的PLCopen邏輯及運動控制等PLC功能,就可以藉由智慧聯網功能實現工 業4.0的 虛 實 整 合(cyber/physical integration)生產目標。 在專利布局上,PVC智慧影像技術還有兩項多國專利,包括鏡頭變形校正技術和超解析度影像插補技術,這兩項技術都採用先進神經網路訓練,可以達到高性能的超廣角、高精度的智慧取像目標。在產業應用上,PVC可以用做工業視覺檢測、定位與控制整合、物件辨識、機械手臂的視覺導引等。 如傻瓜相機概念讓使用者輕易上手 綜合言之,PVC就是要讓每個使用者都可以輕易上手的設備。讓原本程式設計師才能做的事,一般人也可以輕易上手,就如同「傻瓜相機」的概念一樣。陳慶瀚表示,希望能由PVC的發明,幫助台灣傳統產業快速輕鬆導入工業4.0,強化產業競爭力。 工研院在與陳慶瀚溝通研究成果的發展需求後發現,以專利布局、技術完整度來說,PVC屬於相當完整的研究成果。因此在輔導上,除了協助尋找資源開發雛型品,更重要的協助在於商品化之後的專業知識能力養成。由於陳慶瀚的研究成品在市場上具有相當大的商機,其研究團隊也有藉此研究成果挑戰市場的雄心壯志,但是對於研發以後的產品定位、目標客戶、行銷策略等方面卻不甚熟悉,因此工研院邀請陳慶瀚研究團隊參加產業學院開辦的智財商業化相關課程,藉以養成商業化所需的基本能力。 由於陳慶瀚研究團隊全程參與工研院開辦的「優質專利申請」、「專利加值與行銷服務」及「發展新創事業」三班次共120小時課程,鑑於研究團隊的企圖心與技術的商品化潛力,工研院再推薦團隊接受專家一對一輔導,以成立新創事業為發展目標提供專業知識與諮詢服務,幫助研究團隊釐清短中長期的產品定位、成立方向、階段性目標、策略手段等。 此外,在輔導過程中,工研院也協助研究團隊媒合未來可能合作的廠商,透過與未來銷售對象的洽談,持續精進產品及修正行銷計畫,同時累積團隊對於未來成功切入市場的信心。經過這一連串的努力,研究團隊也已經在工研院的協助下尋求資金挹注,將於104年底由團員成立新創企業。 面對未來,陳慶瀚表示,由於PVC的耗電量是一般工業攝影機的1/5,這還不包括傳統製程監視模式還必需有工業電腦的搭配,整體耗電量的差異性極大。初期市場鎖定中小企業的生產自動化需求,希望透過成本優勢打開市場。在產品價格定位上,陳慶瀚表示,入門款系統PVC會比目前智慧型攝影機最便宜的還低;高階版則會與市面上中階產品價格相當,主打以中階成本享受高階產品服務。 陳慶瀚進一步解析,工業4.0現在最大問題在於各家設備要Link在一起有極大困難,國際級設備廠在不同領域有各自山頭,設備間的相容性並不高,再加上跨領域的並不多,例如,西門子有很強的PLC設備但沒有工業攝影機,因此他相信整合型產品將成為未來趨勢。 一個新世代的興起,難免會衝擊到既有產業的架構。陳慶瀚預測,具革命性的工業4.0如果真正實現,很多設備和服務勢必將消失或轉型,甚至有專家預測將有50%的企業會面臨轉型或倒閉,但同時也會帶動更多小企業竄起,從現今資本及技術密集的經濟體,走向資本分散、技術分散的扁平化經濟,讓社會資源更平均,是打破現在經濟困境的一個機會。
研發團隊:淡江大學電機工程學系 教授翁慶昌
輔導團隊:工研院產業學院
自德國提出「工業 4.0」以及美國提出「先進製造業」的發展戰略後,全球產業發展正醞釀革命性的變化。其中,物聯網、3D 列印及大數據分析等技術的興起,正是驅動這一波革命的重要因素。以 3D 列印為例,傳統的生產方式是將原物料經過加工程序,生產出所需的零組件,最後再將零組件組裝成產品。在此過程中,原物料及零組件的倉儲、運送成本,或是加工過程中產生的廢料處理成本等,都會因為 3D 列印技術而帶來巨大轉變。 虛是模擬設計 實是重複溝通確認 淡江大學電機工程學系教授翁慶昌的「3D 虛實整合技術雕刻」是未來「工業 4.0」可期望發展的技術之一。翁慶昌表示,所謂「3D 虛實整合技術」是在實際執行智慧生產之前,先以 3D 虛擬的方式在電腦上模擬整套生產流程,以確認未來實際以機器人或機械臂生產時,會依照所設定的格式和程序進行各項動作,且生產出所要的產品。 翁慶昌解釋,3D 列印技術的實踐過程中包含了「虛」和「實」的部分。所謂「虛」是指執行前要以「模擬器」先進行模擬設計,以節省時間、費用,並確保安全性;不像早期先把機器搬到廠房內再來調整,萬一操作不慎,還會發生生命危險,及機器財產與時效的鉅額損失。不過要在電腦上模擬出全部生產流程,需要一個「模擬器」軟體,程式設計人員要知道生產什麼、需要什麼樣的標準流程、可能有什麼突發情況,再給予非常多、非常大量的物理參數,包括實際廠房和產線的長寬高大小尺寸、製程步驟、溫度、壓力等,依此選擇合適軸數和功能的機器人或機械臂,擺在適當互不干擾的距離下,模擬全套生產流程,再逐一調整細節。 而所謂「實」,是指「實」物操作時,在收訊途中還要不斷回報給模擬器,確認它所解讀的訊息是否與送出的指令一致,萬一封包資訊少了一個「0」或「1」,整套指令就會出錯,後續所有程序都會跟著出問題,所以「虛」與「實」就在傳送、接收、回報之間,以同樣的語言重複溝通確認,每個環節都不能出錯,最後產出的結果才會是符合預期的產品。 引介業者合作 未來路更寬廣 科技部補助工研院執行「運用法人鏈結產學合作試行計畫」,希望透過法人的能量,「挖寶」學校可實質轉化成工業產品的研究成果,再將成果適當加值後技轉到產業界。翁慶昌的研究團隊因為參加了本計畫第一階段「優質專利申請」、「專利加值與行銷服務」及「發展新創事業」人培課程,除了讓團隊同仁在技術研發上跳脫單一思考方向,以產品市場及目標顧客為主軸來發展專利申請加值、技術商品化之外,所習得的知識與觀念也成為第二階段一對一輔導的基礎。 在第二階段一對一業師輔導時,工研院團隊與翁慶昌研究團隊就日後發展方向及輔導需求進行會議討論。之後以雙方共識進行專利盤點、專利布局、市場定位與分析等輔導,並協助該團隊以「具有可移動手指的多指機器人手爪」技術進行美國專利申請,使其研發技術之專利布局更加完整。 基於對翁慶昌研究成果的瞭解,工研院團隊在接收到日昶升公司對於「雕刻技術」的需求後,便思考可以媒合雙方進行洽談,最後也成功促成研究團隊與日昶升公司的產學合作案。藉由工研院團隊的引見,翁慶昌與專門從事檀香和沉香木買賣的行家─日昶升公司進行初次會面與討論,日昶升公司認為將一塊原木雕成一件藝術品,創造更大的客製化附加價值是未來的趨勢,因此對技術研發有很大的興趣。 日昶升公司表示,沉香原木價格很高,交給雕刻師雕刻時,除了客戶希望呈現的模樣外,全看雕刻師的藝術眼光和功力,成品不到最後完全不知是何模樣。例如,一尊觀世音像的雕刻工錢就要新台幣 150 萬元,完成後的成品要價往往上千萬,價值不斐,如果可以在雕刻之前先做電腦模擬,則可降低失敗率,同時讓客戶對成品更具信心,而翁慶昌的理念與研究成果正好提供廠商一個絕佳的解決方案。 經工研院團隊引介後,雙方愈談愈投機,3D 虛實整合技術剎那間與雕刻技術擦出火花。翁慶昌先進行可行性評估,包括「如何針對木材外觀進行3D 掃描成像」、「如何在所建立的木材外觀的 3D 模型上進行雕刻圖案的規劃設計」、「如何依照規劃設計的圖案進行實際木材的雕刻」三個步驟。 日昶升公司也覺得該項技術對於提升沉香木的附加價值與節省人力成本非常有幫助,藉由工研院團隊的促成,雙方於 104 年 8 月簽訂「圓珠之全自動化製程及 3D 虛實整合技術雕刻的先期開發規劃與可行性評估」之產學合作協定。 透過本計畫對研究團隊的智財培訓課程,及一對一業師輔導,不僅提升研究團隊的智財專業知識與專利價值,同時成功媒合學校團隊與企業進行合作。翁慶昌認為,「工業 4.0」戰略拚的是技術面,台灣倡導的「生產力 4.0」則是要做到比對手想到更多可應用、可做得到的層面;德國機械臂品牌 KUKA 高層主管訪台時曾明確指出,台灣和先進國拚原創技術的贏面不大,但是拚應用面卻是無人能敵,台灣人可以想到在「虛」、「實」整合應用上的發展性,就是台灣可以善用的強項。相信未來翁慶昌的「3D 虛實整合技術」與工研院計畫團隊還會有無限寬廣的合作空間,讓我們一起期待吧。
研發團隊:國立清華大學動力機械工程學系與奈米工程研究所 教授傅建中
輔導團隊:工研院技轉中心、產服中心、產業學院
2013年,美國總統歐巴馬喊出「讓製造業重返美國」的政策,其中的重點產業就是3D列印。3D列印技術萌芽自1980年代,這些年來其製程不斷地突破創新。自從3D列印的軟硬體由社群中開放之後,世界各地的優秀工程師得以參與集體創作,共同完成讓3D列印技術普及一般家庭的理想。 3D列印技術對先進科技有突破 而3D列印技術就是把工件的3D電腦模型轉換成2D的分層切片,再按照這個分層切片把材料堆疊到欲成型的位置,重複堆疊動作直到工件成型。傳統的加工方式是採用大塊材料慢慢切削雕琢的減法方式製作,容易造成材料上的浪費。而3D列印技術則是採用層層堆疊的加法方式製作,可以達到不浪費材料的目的。但目前3D列印的商業模式仍處於少量客製化,以處理具有特殊形狀且傳統技術不容易加工的物品為主,未來的目標則是可以朝「量少價高」的高技術產品發展。 以目前3D列印的發展趨勢來看,各產業中都有相當多的人力物力投入3D列印 的設計製造。根據未來的產值預測,可能的應用方向依次是消費性產品、汽車工業、醫療產業、3D列印生產製造及航太工業。 科技部「雙光子3D列印服務平台新創事業」計畫主要是透過協助國立清華大學動力機械工程學系與奈米工程研究所教授傅建中研究團隊,在新創事業的公司架構與專利布局上提供服務,並學習如何藉由法人機構在推動新創公司多年深厚的經驗和許多的成功模式,協助學研機構在公司設立上思考和諮詢,降低錯誤。 傅建中研究團隊在科技部工程司於103年全力推動積層製造跨領域研究專案計畫之一,成功開發一套奈米級的3D列印系統,這套平台可以提供學研界快速低成本的3D微結構,精度可達150奈米。這項技術將可對先進科技在生物醫學、材料工程及物理光學領域,有突破性發展。 成立新創公司進軍國際市場 在科技部的協助下,團隊成員正規劃將這項技術發展成一新創公司,提供國內相關需求,並研擬未來進入國際市場。 然而,對於許多從事技術出身的團隊成員而言,並不具備創設公司的經。傅建中具有清大EMBA經歷,透過這些經歷,同時藉由科技部「運用法人鏈結產學合作試行計畫」,向工研院技轉中心提出支援需求,例如,技術開發人員對於法規、如何架構公司、如何決定最適股權結構,這其中還包括營業規模和增資計畫,及如何設計員工激勵獎酬制度、如何與客戶和員工訂定合約、商業模式與規模是否適合規劃未來IPO等,較不熟悉。正巧,同時間科技部另外一項計畫,以3D printing為主的跨校專案之專利動態系統,由清大工業工程與工程管理學系特聘教授張瑞芬負責,經工研院本案之主辦人技轉中心經理夏冰心,多次專程拜會訪談張瑞芬後,張瑞芬就專利技術之觀察,也特別推薦清華大學傅建中團隊,認為該項技術成果應深具產業化潛力,可優先予以協助合作。故而由技轉中心配合傅建中擬新創事業之現階段需求,分別安排工研院具新創事業豐富經驗之產服中心新創團隊、工研院專利布局強棒之技轉中心專利團隊等,予以個別量身打造專屬服務,並推薦傅建中3D團隊應派員參加,工研院產業學院規劃提供兩階段的加值行銷與發展新創事業培訓班課程,除有30小時的課程訓練外,並以一對一業師引導實務新創的實作演練,以加強團隊的CEO概念及必要法務、財會及金流之認知。 傅建中說,工研院在過去40年裡推動過無數新創公司,深具相關經驗,也歷經許多成功模式和失敗案例,可協助學研機構在設立公司上提供想法和諮詢,以降低錯誤,這對於新創公司非常重要,也很感謝科技部提供這個鏈結產學合作計畫專案的構想,對研究團隊助益良多。 此外,在專利布局規劃和國際專利分析上,對於公司未來的產業競爭力相當重要,研究團隊也有相關的人力布局,但要在很短的時間做全盤瞭解,並對特定專利進行深度解析,在這方面,工研院也提供了許多協助。 法人機構(如工研院)有許多特殊的經歷和經驗,不光是技術。「運用法人鏈結產學合作試行計畫」提供了最好的平台及最重要的服務,無疑是為學研機構新創公司注入了強大的能量。
研發團隊:國立雲林科技大學 蘇慶龍 副教授
輔導團隊:工業技術研究院
具警政署統計,台灣2016交通事故發生達30萬餘件,行車安全要如何注意示為重要課題,尤其駕駛人於道路、高速公路上超車、變換車道、下交流道時,均需要高度的集中力與注意力,若是遇到天候不良或是視線不佳的情況,發生意外的可能性就會更高。 為了讓駕駛能掌握後方來車,減低意外的發生,團隊利用裝設於車輛左右後視鏡下方之攝錄鏡頭,偵測汽車後方兩側來車影像。系統判定危險時可透過LED燈及警示音提醒駕駛迴避疾駛而來的車輛,攝錄畫面也會傳至中控台螢幕,提醒駕駛並自動錄影存證。這套結合演算法及多核心嵌入式軟體技術的系統稱為「車側盲區偵測系統」(BSDS,Blind spot detection system),能記錄行車車速及過彎資訊於SDHC記憶卡中,並偵測路上其他汽機車影像來判斷潛在的危險。系統可額外整合前方防撞、車道偏移、速限牌辨識、毫米波雷達偵測距離等技術,使系統功能更加全備。團隊深耕汽車安全領域研發已超過六年,除技術研發,在汽車零件規格、軟硬體研發設計、車廠驗證、量產技術到最末端的維修套件均投入相當多心血,透過各項技術支援整合,將能大幅提高廠商技術移轉意願。 透過工研院輔導項目如下: 1.廠商及合作夥伴媒合 2.前案檢索與專利分析 3.引薦工研院資通所技術加值,建置ADAS系統平台 4.新創資金諮詢 5.協助新創輔導
研發團隊:國立成功大學 張嘉修教授
輔導團隊:金屬工業研究發展中心
成大張嘉修教授在執行能源國家型計畫(NEP),成功地篩選出富含葉黃素的微藻,建置完成大量養殖技術,也確認藻源葉黃素的功效。惟缺乏微藻收成後之破藻及成分萃取量產製程,特別是葉黃素成分的萃取製程,需在低溫(60C)以下進行,以避免破壞葉黃素活性,若無法建構完整的量產技術,廠商技轉研發成果意願較低。因此結合金屬中心「微藻破壁」及「低溫萃取」技術,恰好能在滿足此製程需求,可順利將張教授的研發成果,推展至業界應用。 本案源透過金屬中心輔導項目如下: 組合法人專利:組合金屬中心「微藻破壁技術」及「低溫萃取技術」相關專利並協助商業化量產設備開發,串聯完整之可量產技術。 專利布局策略:完成美、中、日、韓四國競爭專利分析,提出專利佈局策略。 協助廠商媒合推廣:訪廠媒合需求與協助推廣。 透過法人鏈結計畫後之成果: 完成含葉黃素藻油萃取試製品。 完成專利佈局策略。 完成5L低溫藻油萃取設備。 促成綠茵生技與成功大學完成300萬元技轉案簽約,將技轉張嘉修教授以微藻生產葉黃素產品之技術。 促成綠茵生技與金屬中心洽簽滴丸設備開發及技術移轉,合約金額73.5萬元。(衍生計畫)
研發團隊:國立成功大學 吳豐光教授
輔導團隊:財團法人金屬工業研究發展中心
以成大團隊科技部研發成果吳豐光教授床墊專利為基礎,經由金屬中心盤點產業需求,結合早產兒臨床照護問題,透過成大教學醫院諮詢,發展模擬母體環境且能夠更完整照護之早產兒築巢擺位床,實現早產兒築巢擺位床雛型品開發。 本案源透過金屬中心輔導項目如下: 依據床墊專利經由金屬中心盤點產業需求,依據成大徐碧真教授與專業顧問成大小兒科林其和教授建議,針對早產兒發展遲緩之築巢式擺位型態進行產品開發。 將學術成果導入早產兒築巢擺位床照護需求應用,進行早產兒築巢擺位床雛型品設計、試作與測試,並 與成大小兒科醫師與護理團隊,建立諮詢與使用評估合作關係。當產品試做完成時拜訪廠商進行產業化推廣。 透過法人鏈結計畫後之成果: 完成早產兒築巢式擺位床人因設計與雛型製作,最終產出規格修正雛型品。 建立雛型品試用評估方法,並完成雛型品臨床功能測試。 完成早產兒噪音防護工程。 促成成果技術移轉廠商。
研發團隊:國立成功大學 王覺寬教授
輔導團隊:金屬工業研究發展中心
成功大學王覺寬教授具備氣噴式金屬粉末用噴嘴關鍵技術,透過本計畫,由金屬中心協助進行噴嘴量產性驗證,並進行鈷鉻合金粉末生產,鏈結醫材用CoCr合金粉末下游應用廠商,如台灣積層製造、美盟等公司進行結盟。本計畫除協助學校技轉給新創金屬粉體公司(圓融)外,也同時協助該公司進行相關產線規劃,擴增業者投資及產值。 本案源透過金屬工業研究發展中心輔導項目如下: 1.協助學校提升醫材用CoCr合金粉末製程關鍵技術精細金屬粉末製程用超音速噴嘴技術TRL6以上,以符合業界需求,並媒合國內新創的金屬粉末生產廠商進行技術移轉,與推動醫材用CoCr合金粉末的新產線規劃及建立。 2.協助學校及技轉廠商鏈結醫材用CoCr合金粉末下游應用廠商,如台灣積層製造、美盟等公司進行結盟,預計於本計畫結束後共同爭取國家科技專案補助資源,利用國產化的醫材用CoCr合金粉末進行醫材認證及生產。 透過法人鏈結計畫後之成果: 1.完成噴嘴量產性能驗證。 2.醫材用CoCr合金粉末產品性能驗證,鏈結下游產業。 3.協助成功大學與圓融公司技轉簽約。 4.圓融公司因本計畫之帶動,已積極進行生醫用鈷鉻合金粉末產線規劃,並預計於106年規劃符合ISO13485以及ISO9001之新建廠房,相關產線及廠房之投資,預估將超過5,000萬。 5.目前已與國內廠商─台灣積層製造、德芮達、美盟等廠商取得共識,將使用本計畫所產出的粉末進行牙冠、齒矯正器等試樣製作,並共同開發應於3DP設備上製程參數的粉末,未來金屬中心將持續扮演產業鏈結之角色,協助廠商爭取聯盟型的國家補助計畫,以擴大計畫成效。