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科技與花的對話 花博夢想館記實—挑戰不可能
文／江佩蓉‧張彥文‧葉芷嫻‧方正儀
重達3.5公噸的機械花朵，在空中綻放7種不同姿態
◎應用技術：動力機械懸吊與控制技術
◎技術團隊：工研院機械與系統研究所智慧機器人技術組
走進夢想館，最先映入眼簾的是高掛在空中的巨型機械花朵「綻放」。這項展品由藝術家游文富創作，工研院機械所擔任技術支援。綻放，可搭配大廳的燈光與音樂展現從清晨至黃昏，晴天至雨天的「一日之變」，120片花瓣將搭配整體情境，展現出7種不同的開闔姿態。
重達3.5公噸、直徑約6公尺的花朵，要如何兼顧安全，並符合游文富構思的層次感與夢幻感，著實讓夢想館的團隊傷透腦筋。綻放的主體由120組懸吊馬達負責，每一片葉片都由一組馬達控制，由於每15分鐘要做一輪開合活動，其中並有7分鐘是不斷進行動作，必須在耐磨耗上可以承受得住，因此在正式組裝前，每一片葉片都在機械所進行上萬次的疲勞測試，期間只要有零件損壞，就必須更改設計或是更改材質，以便達到需求。例如螺桿螺帽在這段耐磨測試期，就換了十幾種材質，加上不同的潤滑油，以便找出最佳組合，應付長達170天的展期。
最佳機構找到了，還需要控機的配合，也就是要讓每一個介面之間的溝通都達到最好。初期也曾因介面銜接問題，導致測試時總會有幾片葉片不聽使喚，更曾燒毀了多具馬達與驅動器，讓團隊懊惱不已；最後透過與控制器廠商的不斷溝通整合，修正介面問題，才能讓120片葉片全部動起來。
重量級的機械花朵要懸掛在天花板上，也是技術團隊面臨的新挑戰。經過重量計算並將之分切成四等分，才有辦法搬運與組裝，呈現出綻放的姿態，並隨著音樂翩然起舞。就連游文富都說，他以前就有這個想法與概念，不過他不相信有人可以把這麼大、這麼重，而且還會動的東西懸吊在天花板上；但這次，機械所團隊真的做到了。
智慧手環紀錄參觀旅程，生成專屬於你的「夢想之花」
◎應用技術：超高頻無線射頻辨識（RFID）技術
◎技術團隊：工研院辨識與安全科技中心辨識與感測系統組
夢想館之旅的起點，是從領取RFID智慧手環開始。依著參觀者的心願與期待，將可領取到各樣顏色的手環，是接受芽比能量的媒介，開啟通往夢想世界的鑰匙。
重量不到200g的RFID手環，使用的是工研院辨識中心所開發的微小化超高頻（UHF）RFID讀取器模組，這項技術的主要特色在於造型輕巧，體積約為目前市面上產品的三分之一，可方便嵌入於手持式裝置，或輕易隱藏在小型展示機台中，同時具備遠距離多重感測特性，最長感應距離可達1.5至2公尺，並可同時感應多位參觀者，因此可與展示環境高度整合而不被察覺，提供最輕鬆自然的觀展體驗，這是一般體積龐大的傳統的高頻（HF）RFID讀取器無法做到的。
設計團隊的構想，是將參觀者參訪的歷程，模擬為一顆種子的生長過程，因此工研院辨識中心團隊提供技術支援、軟體控制平台及演算法，以RFID手環蒐集參觀者在什麼時間經過哪些感應點，將這些資訊再做交互運算，讓data變得更豐富，最後展現出每位參觀者專屬的花朵。
為了解如何捕捉這樣的歷程，展現最後美麗的花朵，技術團隊向兩位台大植物系教授請益，了解真正的植物生態如何讓每一朵花長得不一樣，例如花瓣大小、單瓣還是重瓣、花色、有沒有花萼等，從植物的特性拆解成數位程式參數，再將這些參數放進系統中交由動畫公司製作。
RFID透過發出與接收電磁波進行驅動，而要讓電磁波準確地投射與被接收，是技術團隊的最大挑戰。尤其超高頻RFID讀取器感應距離長，可能的干擾源也會增加，其中最大的問題是整個夢想館建築物都是鋼骨結構，電磁波會被反射，很難去預測它會被反射到什麼方向，可能手環位置變換一點點角度，就失之毫米差之千里，讓讀取器收不到訊號。在實驗室裡面調整好的配置，到了現場都沒有用了，技術團隊因此花了兩三個月實地重新調整，做軟體修正，透過系統降低干擾。
在夢想館的各個角落裡，請不要忘了在看見機台時上前汲取能量，取得繼續前進的力量。
硬梆梆的液晶玻璃，也能展現美麗的微笑曲線
◎應用技術：智慧型電控液晶玻璃
◎技術團隊：工研院材料與化工研究所應用化學研究組
走進由藝術家黃心健設計規劃，工研院材化所智慧型電控液晶玻璃團隊技術支援的二廳，參觀者會先被化身昆蟲的互動技術所吸引，進入通道每個人在投影上都會變身為昆蟲，行經雄蕊通道，藉由拍打蕊心取得花粉，感受到自然界傳送授粉的過程，並且在花粉小宇宙的互動中，享受與花粉嬉鬧的樂趣。
最後，所有的參觀者都會聚集核心的花瓣迷宮前。二廳的規劃，是夢想館創意團隊則善用電控液晶玻璃明暗的透光性，營造出花瓣迷宮的氛圍，這是工研院的技術團隊首次挑戰大面積曲面電控液晶玻璃。這18片寬1公尺長3公尺的智慧型電控液晶玻璃，要克服的困難有四大部分。
其一是大面積。由小到大，在原料液晶配方上就因為特性不佳、參數不對，技術團隊花了很多功夫做調整。然後在製程上改採roll to roll，一改過去切好固定面積再夾層烤蛋糕的形式，而是用連續生產設備生產長餅皮形式，做成整捲再去剪材需要的尺寸。此外在塗料接著劑的選擇、貼膜與裁切、包裝運送、檢測機制上也費了一番心力，尤其因為膜本身具張力，要裁切剛好符合玻璃的尺寸，精密度需要特別控制，所以也特別訂製了製具以提高準確度，一絲一毫都不能偏差。
其二是彎曲。兩片硬的玻璃，要烤到相同弧度，然後對位夾液晶膜，還要不產生氣泡，困難度很高，幸而多年合作的元璋玻璃廠純熟的技術得以克服。而過去製程會讓彎曲的玻璃喪失遮蔽度，則以roll to roll方式讓液晶均勻地塗佈在導電層上，並且固定住，避免彎曲後液晶流動，造成透光性改變的問題。
其三是懸吊問題。一片電控液晶玻璃重達80-100公斤，經過角材鋼架支撐的設計計算，與評估重量以及施力點，再運用特製的玻璃吸盤，以及每片6位專業搬運工才得以完成。
其四是電控。一改過去手動或遙控開關，設計成沒有斷點連續式，而且是用電腦輸入指令進行，這部分工研院綠能所電能轉換研究室也提供相關協助，改善了以小尺寸液晶玻璃測試時，玻璃會一直閃爍的問題，搭配影像投影與聲光效果，方能完成藝術家當初的規劃，露出美麗的微笑曲線。
360度環形劇場，你的呼吸能讓小樹茁壯
◎應用技術：UWB超寬頻非接觸監測技術
◎技術團隊：工研院量測技術發展中心前瞻感測技術發展與應用部
人對自然的影響，能有多大的力量？在夢想館三廳的360度環形劇場中，透過工研院量測中心UWB超寬頻非接觸監測技術，觀賞者將能親身體會自己的呼吸和脈搏，如何啟動生態界的自然密碼。
和常見感測器的光學原理不同，UWB超寬頻非接觸監測技術依據電磁波原理，具有穿透力，因此即便安裝在環境劇場螢幕後方，也不易因物體阻絕而影響偵測。然而，以計算移動量來分析呼吸生理反應的UWB超寬頻非接觸監測技術，過去應用在醫療上，多是針對個人靜止狀態偵測。
相較之下，夢想館的觀賞者們為數眾多、可以自由移動，對於感測器如何辨別呼吸起伏與人體移動，達到偵測精確度，都是技術團隊投入這項計畫之前，從沒料想過的問題。因此，為了實現青鳥設計團隊的設計，技術團隊從建立呼吸分析數值資料庫，到改變電路與細部結構，一切重新設計，只為將藝術家的巧思，藉由這項技術與觀眾展演出與自然共生的想像。現在，來到夢想館，別忘了對著環形劇場裡的小樹用力呼吸，用心感受小樹因此而茁壯的生命力！
如紙片般超薄喇叭，聽見內心感動的聲音
◎應用技術：可撓式超薄軟性揚聲器
◎技術團隊：工研院電子與電光研究所奈米電子研究組
夢想館的入口與旅程的終點，從不規則形狀到超大尺寸的可撓式超薄軟性紙揚聲器（paper-thin flexible loudspeaker）應用，已真實出現在你我身邊。
夢想館大廳裡150個葉片型的超薄軟性紙揚聲器，播放著蟲鳴鳥叫等自然界的聲響，配合著大廳的樂曲相唱和，每每吸引著好奇的觀賞者駐足。由於可撓式揚聲器具有指向性，來自工研院的技術團隊，為了讓這些小小的葉片不受發聲面積變小、以及高空懸掛的遠距離影響，使得超薄軟性紙揚聲器發聲量降低，曾在辦公室裡垂吊將近20個尚未成型的等效樣品進行情境模擬，確定透過環境中物體不規則的散射後，仍能順利將聲音傳遞到人們的耳朵。然而，技術團隊卻也曾經歷與大型機械花共同模擬測試時「失聲」的窘境，讓技術人員的心情如同洗三溫暖，直到今年中將150個葉片成功掛在展演場地發聲，懸掛半年的心才得以放下。
相較之下，在夢想館終點，由7段0.5×9公尺超薄軟性揚聲器組成高達3.5公尺、寬達9公尺的巨幅超薄軟性揚聲器，技術團隊不擔憂發聲量多寡，但卻得考慮大面積組裝時的工程結構問題，像是組合時採用創新機械結構承載技術補強結構強度，以解決組裝時的平整度或誤差問題。而在正式製作前，技術團隊從新材料到效果展現測試，光是試片就做了好幾十條，經過再三確認後，才敢正式著手挑戰一條又一條0.5×9公尺的超薄軟性揚聲器。
事實上，位於電光所地下室的克難製造室，是技術團隊生產這面巨幅超薄軟性揚聲器的所在，在這60平方公尺左右的狹長實驗室裡，堆著幾百片已做好的超薄軟性揚聲器內部結構成品，卻因為實際組裝時所產生的誤差值過大，不適合用在夢想館展演上。為此，技術團隊只得趕緊重做另一批上百片的內部結構半成品，時間壓力之大，可想而知。
從國際上獲獎連連的可撓式軟性揚聲器，到參與花博愛與夢想展演，面對困境與時間賽跑的壓力，技術團隊從來只有往前看、努力克服問題的決心。當可撓式超薄軟性揚聲器在花博夢想館完美發聲後，對於工研院這群工程師來說，不只是傳遞台灣科技與創作完美結合的美聲，更是來自內心感動的聲音。