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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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微形變壓阻感測技術 摘下華爾街日報大獎

陳帝鴻

相信許多人都有這樣的經驗:到了機場的check-in櫃臺,才發現自己的托運行李超重了好幾公斤,為了不讓航空公司罰超重費,只好在機場大廳就地翻箱倒櫃重新整理行李,眾目睽睽之下,真的很糗。

透過微形變壓阻感測技術,這樣的生活窘境,很快就要被徹底終結。只要將軟性壓力感測器內建在行李箱握把上,一旦提起托運行李箱的握把,立即就能知道行李有沒有超重。系統分別有20、23、30公斤三種重量切換模式,若是搭經濟艙,可設定在經濟艙的標準行李重量20公斤,或多數航空公司容忍範圍之內的23公斤;搭商務艙的話,就可將重量設定在商務艙標準行李限重30公斤。若重量在安全範圍內,綠燈會亮起表示過關;重量接近超重標準,紅燈閃爍並響起間歇嗶嗶聲表示警告;倘若超過重量限制,紅燈將持續發亮並發出連續嗶嗶音,表示你真的應該要重新打包了。

邊做邊試踏出成功步伐

這項技術的量產推動者——環球水泥執行副總經理侯智升,同時也是當年在工研院電子與光電研究所從無到有一手催生這項技術的發明人,來頭可不小。今年28歲的他,不但是台南幫開山祖師侯雨利的曾孫,環球水泥第四代接班人,同時也是創下24歲就在美國麻省理工學院(MIT)取得電機博士學位記錄的台灣人,是「台灣最年輕的MIT電機博士」。2009年9月自工研院返回家族企業環球水泥,如今已站穩接班腳步的他興奮地說:「目前我們已經與國內的旅行箱龍頭合作,這項『超薄行李測重配件』,預計年底就可以投產。」

年紀輕輕的侯智升於2007年底加入工研院,2008年初開始投入軟性電子計畫,短短三年之內,就整合創新微結構與工程設計,研發出領先全球的微形變壓阻感測技術,今年透過與工研院簽訂技術轉移合約,正式以軟性壓力感測器,進軍軟性電子市場,也為家族所經營的傳統產業,開啟轉型新契機。

通常一個技術從無到有,花上五、六年是常有的事,侯智升之所以能夠在短短三年內開花結果,他的秘訣是「邊做邊試」:「就是一有任何的idea或新的想法,就趕快去找這個領域的專家請教或一起討論;千萬不要光靠讀一些書籍或資料,自己摸索之後就自以為對這個領域已經很瞭解,閉門造車的結果,往往會繞了不必要的圈子、做了白工。此外,也不要想說一個技術一定要做到十全十美才要推出來,而是要隨時踏出腳步,把自己的東西丟出去接受檢驗,這樣更能夠幫助你迅速找到適合的發展方向。」

應用領域無所不在

軟性壓力感測器最大的特色,就是能夠依據所承受壓力之不同,呈現線性變化反應,壓力愈大,導電愈高,並可利用類似報紙印刷的網印技術(roll-to-roll)製作,具有輕薄、可撓曲、抗摔、低耗電、可連續製程等優勢。侯智升表示:「未來的電子趨勢就是薄型化、大面積化,對便利性的要求也愈來愈高。我認為軟性電子既輕又薄,可以用網印技術製作,所以很容易可以整合至各式各樣的產品中,也讓工業設計師在進行產品設計的時候,可以有更大的想像空間。」這項創新技術,也因此獲2010年美國華爾街日報(The Wall Street Journal)科技創新獎(Technology Innovation Awards)半導體類優選。

事實上,微形變壓阻感測技術的應用,可以說是「無所不在」。由於可依照實際使用需要,印製不同尺寸的壓力感測器,因此不僅可以應用在托運行李握把這樣的小型機構上,也可以整合進智慧手機壓力操控、健康照護床、汽車坐墊、情境燈、感測地墊、甚至互動藝術等需要大面積進行互動的領域,成為後觸控時代的殺手級應用。

侯智升表示:「雖然現在已經有可捲式鋼琴,但這種鋼琴是使用薄膜開關,也就是說只要觸碰琴鍵,就會發出聲音,但聲音永遠是一樣大小,不會隨著碰觸力道的不同而有變化。但我們的微形變壓阻感測技術,不但可以感測到使用者所碰觸的『位置』,還可以隨著施力的『深度』而有不同的大小聲反應。」此外,相對於傳統的微機電式壓力感測技術,微形變壓阻感測技術更擁有製造成本低與厚度較薄等優點。

拓展創新技術打擊面

將這項技術應用到健康照護床上,護理人員就可以知道臥床的病人身體哪一個部位的壓力特別大,便可以檢查病人預防褥瘡的產生。若製作成感測地墊鋪設在行動不便病人的床邊,就成為「跌倒感測器」,可以感測到病人是不是跌倒了。一路參與微形變壓阻感測技術研發的工研院電光所經理周嘉宏指出:「病人跌倒之後的黃金搶救期其實很短,醫院或病人家屬也沒有辦法24小時請看護守在床邊,感測地墊不但能夠即時反應病人是不是跌倒了,也可以避免使用攝影機鏡頭監看所引發的病人隱私權爭議。」

要是應用在賽車座椅的椅背上,在高速轉彎時,便可以透過椅背感測到駕駛人左右側壓力是否平均,當壓力不平均的時候,椅背就可以主動為氣囊充氣,提供給受壓力比較大的那一邊更大的支撐力道。

不過,侯智升表示,雖然賽車座椅是當初自己替微形變壓阻感測技術所發想出的第一個應用,但畢竟賽車運動還是屬於少數族群的活動,「就一個創新技術來說,打擊面還是不夠廣。」侯智升目前的目標,還是放在群眾基礎更廣的3C產業上的相關應用。「全球的手機觸控面板市場,預估在2013年將達16億片;我們的技術能夠為現有的觸控面板,不論是電阻式或電容式,增加按壓力道感測的功能,我們只要能夠吃下1%的市場,一年就有1,600萬片。這個市場每年都是呈現倍數成長,我相信我們真的很有機會可以順利切入。」他指出:「目前也已經有一些3C廠商有興趣,而跟我們接觸。」

傳統產業轉型新契機

為了順利在軟性電子市場搶下席位,環球水泥已於2010年1月由董事會通過成立電子事業部,並與工研院簽訂軟性壓力感測器技術轉移合約,展開為期兩年的共同開發計畫,並投入新台幣1至2億元在台北縣成立第一條生產線,預計今年年底就能建置完成,初期將以生產元件為主,未來可望以模組方式出貨。

侯智升表示:「對許多人來說,要將一個技術從研究室帶到生產線上,的確是要面臨一些風險和困難;但正因為我自己是從無到有、帶領整個技術研發過程的人,所以比任何人都清楚我們的優勢和機會在哪裡。雖然很多手機品牌都一致認為3D觸控能增加更多功能,但是到目前為止,都還沒有任何一個手機品牌真的推出這樣的產品;他們缺的,就是一個關鍵零組件。」

「我覺得我們的產品,在品質上和量產性方面,都沒有問題;我很希望我們能夠成為全世界第一家推出這種觸控介面解決方案的公司,可以提供給不同的手機平台使用。」侯智升信心滿滿地表示:「到時候,我只擔心我們的生產線會不夠用。」



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