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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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工研院南分院 打造科技「市集」新風潮

文/ 魏茂國 攝影/ 黃菁慧

作為研發資源與創新應用的整合角色,
工研院南分院於成立初始,
便積極與南部的學界和產業連結,
創造並擴散以技術帶動發展的目標。
而在2008年的年終成果發表會上,
南分院不僅展示近來新研發的各項技術,
更藉此突顯出與產學合作所共同創造的效益。

即 使實際運作的時間只有短短三年,但工研院南分院卻已逐漸成為南部地區的創新研發重鎮。在2008年終成果發表會中,南分院展出多達四十餘項的新技術,涵蓋雷射、微系統、奈米材料、人機互動、家庭網路、科技化照護等多種領域,讓更多產業界人士得以了解南分院的研發成果與能量,甚至可以進一步探討未來的發展機會。
「連結、創新、帶動新風潮」不只是2008年終成果發表會的主題,更是南分院成立兩年多以來的發展準繩與未來方向。除了「創新」原本就是研發的本質外,透過「連結」外界的資源與力量,為南台灣帶起熱情有活力的科技研發「新風潮」,已成為南分院獨具一格的特色。

「年終成果發表會所發表的,不是南分院的成果,而是過去與學校合作,和產業聯盟後,『一起』進行的成果發表。」工研院南分院執行長蔡新源強調,南分院在短時間內要創造出效益與影響,就必須要以開放的態度及策略,將南分院建構成南台灣的虛擬研究平台,爭取產學的認同和參與,同時創造出南分院的價值,2008年終發表會就是最好的印證。

連結學研資源共創新機

互動科技中心的「虛擬棒球互動遊戲」展示
互動科技中心的「虛擬棒球互動遊戲」展示

在這場年終發表會上,占有最大攤位面積,並且不斷傳來清脆打擊聲,吸引眾人圍觀注目的,就是人機互動科技中心的「虛擬棒球互動遊戲」展示;利用網路攝影機及視訊偵測、動作擷取分析等技術,可以讓身處不同地方的玩家,在網路上一同打棒球,體驗在家運動的樂趣。

在家庭娛樂產業興起時,人機互動的技術開發也受到重視。2007年工研院「3D飛鼠」技術成功移轉業界,為南分院在人機互動方面的研發打響名號。而今這項慣性感測的重要核心技術,更持續加以延伸應用,與其他技術結合再創新,「虛擬棒球互動遊戲」即是一例。並在各單項技術的開發上,借重許多學校師生的專長分工,包括成功大學、中正大學、高雄醫大、南台科大、虎尾科大、崑山科大等,也是本次成果發表會上一項相當重要的學研合作成果。

蔡新源表示,南分院在人力、經費與設備都有限的情況下,想要帶動風潮,必須要透過創新的方法;與學校「連結」,就是一個以小搏大的方式。像是為集結產學研的資源與能量,南分院推動成立了「南台灣研發資源分享中心」,與南部的大學院校與研發單位建立虛擬的共用實驗室,共同分享17個單位的五百餘套設備。

為加強學研合作的力量,南分院提出以人機互動及雷射為兩大技術主軸,邀請學校師生提案,並提供經費設備、申請計畫補助,與南分院一起做研究。2008年除了虛擬運動競技(虛擬棒球互動遊戲)共有10位教授及31位學生參與外,在雷射源及飛秒雷射於透明硬脆材料加工應用的研究上,也有六所大專院校二十餘位師生在其中貢獻心力。

另外,南分院還與成功大學微奈米中心合設「微奈米聯合研發中心」,進行微系統與奈米壓印等主題式合作研究。「這些教授與學生,就成了南分院虛擬的研究人員,」蔡新源說,運用「連結」的方式,不但提高了南分院的規模與影響力,並且引進更多的創意及想法,使技術研發更為豐富多樣;同時這樣的做法也深獲學校師生的歡迎,帶動合作的風潮。

以技術引領產業發展

促進產業升級與發展,是工研院的任務,當然也是南分院的目標:將技術擴展至產業界,並透過區域經營與服務,落實提升產業的研發創新能力。在本次成果發表會中,微系統科技中心就展出國內第一個三軸MEMS(Micro Electro Mechanical Systems;微機電系統)加速度計,並應用於慣性導航系統INS(Inertial Navigation System)上,以及MEMS數位麥克風模組技術,皆已成功技轉廠商。

在奈米粉體材料方面,則有高功率LED散熱塗裝粉體技術,利用奈米碳球作為高導電/導熱界面材料添加物,以提高LED的導電與導熱效能;還有自擴散型光導板/擴散板加工技術,提供各種LED相關產品的光線調控效果。在家庭網路部分,健康照護集線器可收集生理資訊,並傳送至遠端的照護或醫療中心,達到健康管理與遠距諮詢的作用。

於人機互動技術上,利用人體動作偵測追蹤技術、無線動作偵測模組、網路遊戲同步系統等技術的整合應用,創造出虛擬實境的遊戲平台與互動介面,也展現了對未來生活的描繪與看法。由雷射中心所開發的飛秒雷射微成型關鍵模組技術,則是利用雷射光束具有低熱影響、無加工材料限制等優點,為半導體、光電、微機電等產業,提供更高精密及高品質的加工製程。

對於這些階段性的成果展示,蔡新源認為,可以讓業者清楚地得知目前南分院在各項技術上的研發狀況,同時較細的技術分項,也有利於業者可依其經營的產業及特性,找出適當的情境和領域來搭配應用,擴大技轉與合作的可能;而已技轉的研發成果,當然更能提升產業的創新與競爭力。

朝國際級研發中心邁進

「有特色才能帶動風潮、形成風氣;要連結與創新,就要有作為。」蔡新源認為,要帶動風潮不能只靠自己的計畫與能力,結合外部的力量與創新,透過產學研共同研發的概念,將來就有機會可以帶動風潮,促使南分院朝向「國際級產學研共同研發與創新育成中心」發展。

可以運用在材料、醫學,或是傳統產業等多方面的雷射,就是最好的例子。蔡新源說,過去台灣在雷射產業上的發展並不多,三年前的產值頂多只有二、三十億元,但雷射不僅與許多高科技有關、應用層面廣,就連不少獲得諾貝爾獎的技術也都與雷射有關,加上台灣原本在光纖和二極體的雷射相關應用,就有不錯的基礎,因此決定成立雷射科技中心,投入雷射應用的研發。

南分院雷射應用科技中心工程師李閔凱也指出,由於雷射設備昂貴,許多組件都需要向國外購置,如果能自行開發,對國內產業發展才有幫助;像是體積較小的光纖雷射應用技術,或是前瞻高階的飛秒雷射技術開發,南分院都希望能急起直追。若是能開創出新的雷射應用方向,或是取代既有的生產製程,提高品質與良率,並且更為環保、高效能,就有機會能為國內廠商創造優勢。

接下來,南分院就是利用開放、連結的方式,將學界的研發能量與人才帶入,成為雷射研究的重要動能,並與廠商組成產業聯盟、舉辦國際研討會,形成整合創新研發的社群與群聚效應,還促成源興科技公司成立,逐漸構築出台灣真正的雷射產業。

以往國內著力較少的人機互動科技亦是如此,特別是以3D飛鼠的慣性感測技術為核心,南分院人機互動中心還結合微系統等其他中心的技術,以及產學投入的能量,嘗試多方面的應用。這些在蔡新源眼中,都是值得期待的趨勢與「風潮」,也預計會對未來造成衝擊。

蔡新源說,「連結、創新、帶動新風潮」需要靠大家一起來努力,也是南分院的特色,所表現出來的,就是同仁們的熱情活力與團隊精神,以及與外界的各種連結方式及策略;也相信在不斷的累積之下,能夠將南分院塑造成台灣獨特的研究中心,帶動創新研發與經濟發展。

微 系統科技,廣泛地應用在生活中各式的機電裝置與電子設備中,作為感測器、驅動器等機構之用。工研院南分院微系統科技中心主任何宗哲指出,過去的感測器較為單純,僅有感測的機件與功能,但目前的研發趨勢則是將感測器及IC整合在同一晶片上;利用內部質量塊的移動,就能透過偵測並進行IC電路的處理。這項技術可望帶動IC設計與產業的擴展,增加感測器的應用範圍。

多元應用的三軸加速度計

在微系統元件的研發上,微系統中心推出了「MEMS三軸加速度計」,以半導體的製程技術,製造出感應器的微結構,並搭配ASIC(Application-Specific Integrated Circuit;特殊應用積體電路)讀取,不只尺寸小、成本低、耗能少,其靈敏度高、雜訊層(noise floor)低的優異性能,也已與國際水準相當。

工研院微系統中心工程師簡欣堂表示,「MEMS三軸加速度計」的應用非常多元,例如電腦與遊戲的控制,以及健康運動的偵測;由人機互動科技中心研發的「虛擬棒球互動遊戲」,於球棒中就利用了這項技術,藉以量測揮棒時的動作,並引發振動等反應。另外還有硬碟防摔偵測、車輛翻覆偵測、電子穩定控制等用途。

另一項「全域慣性定位系統」的技術,也是採用「MEMS三軸加速度計」所開發的導航應用,並加強演算法與訊號處理;透過偵測物體本身的移動狀況,可計算出實際運動的軌跡並定位,特別適用在短距離的情況。與現有的GPS全球衛星定位系統搭配使用時,便可於GPS訊號被遮蔽、干擾時,進行物體的3D定位判別。

工研院微系統中心工程師黃仕璟以最常見的行車狀況為例,當車輛進入隧道或地下室時,「全域慣性定位系統」就可適時地發揮功能,彌補GPS的缺陷。此外,這個系統未來也可佩戴在人的身上,當人進入室內,或是登山、潛水時,都可追蹤其所在的位置。

製程整合的電容式麥克風

結合CMOS製程、低雜訊數位感測讀取電路與超薄封裝技術的「CMOS MEMS電容式麥克風」,則是突破使用PE薄膜的ECM(Electret Condenser Microphone;駐極體電容式麥克風)無法承受高溫的表面黏著技術(Surface Mount Technology)製程,除了可供一般晶元廠製造外,更方便與後端的電路連結及再應用,抑制雜訊的功能也較傳統ECM好。

以手機為例,過去需於自動化製程後,再以人工方式將麥克風上件;但CMOS MEMS電容式麥克風,就可直接排入全自動製程中。工研院微系統中心副理李新立指出,台灣的半導體代工技術,可使這項採用CMOS製程的微機電麥克風產品,達到性能好、價格低的優勢,同時還能與其他感測器結合;例如可與CMOS影像感測器結合成小體積的模組,就不用擔心聲音與影像的搭配問題,用在手機、筆記型電腦等消費性電子產品上都很合適。

經過MEMS技術的整合機制,將可應用在生活週遭的各種設備中;例如在室內通話時,就不需要對著麥克風,只需透過四周裝設的收音系統便可收音辨識,或是可監測家中的空氣品質,進而啟動空氣濾清器等設備。何宗哲表示,微系統科技中心希望能創新關鍵零組件,為產業上游的廠商使力,同時也為下游的廠商,鋪上高附加價值的路。

新的一年,微系統科技中心在元件開發上,還將深入難度更高的陀螺儀,並與現有的技術結合;在應用方面,也將在麥克風的音質與收音,以及3D個人導航等方向上挑戰,創造更多加值與應用。(魏茂國)

不 可否認的,Wii的出現讓更多人更深刻地體會到人與科技、人與電子設備之間的關係,也突顯出人機互動的前景。由自行開發的慣性感測技術出發,南分院人機互動科技中心也已發展出競爭核心,同時在2008成果發表會上,更可明顯看出視訊偵測追蹤與資料比對分析等技術,是不可忽視的一大突破。
人機互動中心副主任林明慧指出,國內在線上遊戲的發展較為成熟,但於運動與遊戲的結合仍顯不足,工研院卻正好可以在此著力,為產業加值。尤其在體感互動方面,若是要應用在家庭娛樂用途上,如何藉由簡單的設備,以強大的資訊技術與人工智慧輔助,提升人體辨識與運算分析的能力,就成為必要的挑戰。

客廳就是棒球場

像在「虛擬棒球互動遊戲」中,僅以一般的網路攝影機(Webcam)與配置微系統的球棒為輸入裝置,抓取人體運動時的肢體變化資料,使用者身上並不需要穿戴其他感測器,就能以最自然的動作進行遊戲。因為考量到居家使用的成本及方便性,希望不必在身上穿上一堆感測器,只要一根球棒就可以玩,表示感測器的「理解」能力必須相當強,也就是說,遊戲裝備愈精簡,代表著技術層次要愈高。

南分院營運企劃部鍾丰元表示,「虛擬棒球互動遊戲」的兩個重要技術,即在於視訊動作追蹤偵測與無線動作偵測模組,玩家們只要利用家中的影音設備,就可以上網同步和親朋好友一起打棒球,還可扮演投手、打擊者或防守球員;難得的是,在遊戲畫面的呈現也相當地流暢靈活,原因就在於背後的資料比對及軟體演算。林明慧並補充說,影像辨識是偏向全身性的動作,細部的肢體狀況還可再結合微慣性感測器,將手腕、手指等部位的運用描述出來,提高辨識的細膩程度。

就是隨你動

同樣利用視訊偵測辨識的相關技術,透過指尖定位等技術,「手勢滑鼠」可以用雙手取代傳統滑鼠操控電腦介面,不需要觸碰儀器設備,只要雙手自然的動作,就可取代滑鼠的功能。

至於「未來智慧寵物」中,還增加了人臉辨識和軌跡圖形辨識,可與電腦中的寵物互動,或是操作電腦中的其他功能。人機互動中心工程師丁文宏表示,這些技術未來在廣告媒體、戶外看板等娛樂及商業性質的應用上,都會有不錯的互動效果。

類似的互動技術還有「肢體動作辨識-模擬飛行」,是利用Webcam抓取肢體輪廓辨識,進而驅動控制3D畫面的內容或視角;例如雙手張開就是向前移動,雙手拍動就是向上飛行,透過動作設定,就可以在場景中自由移動。人機互動中心工程師廖惇利指出,這種肢體動作與畫面內容互動的裝置藝術,可以放置在開放的環境中,做為如地圖導覽、戶外廣告等功能使用;像是在空間開闊的風景區與遊樂區中,就可以先「飛」到其他景點看一看,再決定要不要前往。

建立完整的數據資料庫

此外,工研院南分院為加強研究輔助所設立的「人機互動實驗室」,則是國內以往所缺乏的設備。這是透過數位動作測試與動感模擬系統,兼具了運動感測測試、人體力動分析及多媒體互動測試等平台,可以做為電玩開發、電影、動畫等身體動作量測記錄與應用,也可為運動教學及訓練,提供更好的生理狀態觀察與分析,成為各種人機互動研究的工具。

透過影像進行肢體動作辨識,不僅是相關領域的研究趨勢,也符合消費者不喜歡在身上配掛太多東西與束縛感,致使活動空間受限的需求。林明慧認為,工研院在這部分已占有領先地位,未來還將延續既有的成果,同時朝廣度與深度多面向地發展,例如情緒辨識的議題,就是一個有趣的領域。(魏茂國)

「 無 論在工作或生活上,都要連結、創新、帶動新風潮。」面對在地廠商的需求與產業發展的目標,工研院南分院執行長蔡新源認為,帶動新風潮不能只憑南分院本身,更要連結外界一同努力,才能有效率地創造南分院的價值與影響。


「好康」和各界分享

許多學校的教授與學生可能很少會想到,有一天他們也能夠到工研院進行研究、做實驗、寫論文,而且還有許多好處。基於「連結」的概念與策略,蔡新源分析,在南分院規模尚且不大時,即使購置千萬元的設備,在有限的計畫下,實際使用的時間也不多;因此規劃利用分享平台,與學校建立共同的虛擬實驗室,同時提高設備使用率。

為了迅速集結研發能量,吸引有意願、有熱情、有想法、有研究經驗的教授與學生,南分院更以學研合作的方式,訂定研究主軸讓學校提案參加,將師生帶進南分院:一方面請教授擔任顧問,二來學生到南分院做研究還有費用可拿;若是研發技術獲得專利,南分院還會負責推廣;如果能夠成功技轉廠商,技轉分紅更是少不了。「這樣的『好康』大概只有南分院才有,」蔡新源笑著說。

在這樣的「連結」之下,南分院無論是在計畫與人力都明顯擴增了。蔡新源指出,南分院要在短時間內突顯價值和地位,就要以謙虛的態度「敦親睦鄰」,連結別人的力量當成是自己的力量,而背後的意義更是開放的、與人合作的。與在地的產業、文化連結,也是一樣的道理。

針對地方特色的發展策略

蔡新源說,南部地區的產業型態,和中北部地區是不同的,策略與做法也就有差異。因此南分院積極與地方政府合作,包括協助台南縣政府申請經濟部技術處小型企業創新研發SBIR計畫,帶動地方產業發展,並逐步推廣到鄰近縣市,像是紡織、農業、汽機車等領域。

另一方面,在具備工研院與學校的資源下,做為一個協調溝通的整合角色,南分院更提供各種產業輔導與服務;例如在即時輔導個案方面,南分院每年皆實地走訪上百家的企業廠商,了解其需求與面臨的困難問題,並給予適當的協助、申請補助計畫等。

成果發表會也是南分院「連結」的做法之一,亦是個主動規劃的連結平台。蔡新源認為,透過成果發表的方式,若能夠經年舉辦、長期經營,就會像是一場在固定時間就會出現的市集,形成產學研每年最具代表性與指標性的重要活動,是相關人士期待且必須前來參加的場合,這就會帶動一股追求創新的風潮,也會是南分院的特色。

不景氣更要向前行

從2008成果發表會的盛況,不難想像未來如市集般的熱鬧場面,大家都為了追求更好的技術與發展而互動、交流。「不一定只用自己開發的技術,還可以結合外界的資源與能量,」蔡新源表示,南分院仍將秉持「開放式創新」(Open Innovation)的方法,進而在內部的核心能力上,找尋發揮的空間,並透過技術引進創新價值。

儘管經濟景氣低迷,蔡新源仍然認為「亂世出英雄」,南分院的每位同仁都應該要隨時準備好,掌握時機、克服萬難、激發鬥志,為產業提供最佳的解決方案,勇敢迎接未來的目標與挑戰。(魏茂國)

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