國研院推動物聯網感測器計畫橋接產學研 強化台灣自主感測器與模組研發能量

2018.05.01
國家實驗研究院儀科中心
近年最夯的物聯網(Internet of Things, IoT)應用,是打造未來生活邁向智慧化的主要發展,而物聯網想要發展的更長遠,除了中後段(連網與應用)的支援,端看核心關鍵---感測器發展是否成熟

科技部工程司透過國家實驗研究院於2015年啟動「物聯網感測器服務平台專案計畫」,讓學界與產業界一同攜手,強化國內感測器技術的自主研發能量,進一步落實到實際應用,要讓台灣在全球物聯網的發展機會中佔有一席之地。

「物聯網跟日常生活的關聯是什麼?」從計畫的研發項目可知,從智慧家庭、穿戴裝置甚至車聯網系統,舉凡環境品質、居家照顧到物流運輸,各項嶄新的技術應用,幾乎涵蓋所有日常場景,與人們生活密切相關。

案例一:穿戴式室內空氣品質感測器

成大李俊璋教授與其研發感測器數據主頁面。

成大李俊璋教授、王振興教授團隊研發的「室內空氣品質監測用之微型、低耗能複合型氣體感測器」,即為人們憂心日趨嚴重的空污問題提供解方。李俊璋教授說明,目前市面上的氣體感測器體積都很大,多安裝在牆壁等固定位置。本團隊所研發的感測器以微機電製程技術開發出的感測晶片,可偵測一氧化碳、二氧化碳、PM2.5、臭氧、甲醛、TVOC等多重氣體,可整合於穿戴式裝置,大幅提高感測範圍。

此研發最大挑戰在於晶片要達到微型化,且要應用在不同環境準確偵測各種氣體,王振興教授表示,使用者可從智慧型手機APP等方式來讀取即時室內空氣品質,未來還可透過網路,連結室內空氣品質的濃度數值與空氣清淨機等設備,有了上述感測器,當空氣濃度超過預先設定數值或法定標準時,即自動啟動通風裝置以改善室內空氣品質,對居家照顧是一大福音。

除了用於居家空氣污染防治外,該感測器對高科技、工業安全衛生等產業污染防治亦有所助益,應用範圍廣泛,更可結合物聯網模組,將不同場域的室內空氣品質即時上傳雲端,建立起豐沛資料庫,針對大數據進行分析,解決更多實務問題。

案例二:可監控物流的智慧膠帶iTape

南臺科大莊承鑫教授、張萬榮教授

南臺科大莊承鑫教授、張萬榮教授、李大輝教授團隊的「貼片式力量感測器應用於物流即時監控」,研發動機來自切身的網購經驗,莊承鑫教授家人在網路訂購洗臉盆,連續三次收到損壞商品,卻無法查明究竟是運輸或商品本身的問題,於是他率領跨領域團隊投入研發,結合PET軟板材,連接後端的RF電路,開發出可撓式膠帶型力量感測器, 可貼在封貨品包裝上,因而稱「iTape智慧膠帶」,配送過程中只要發生貨品被摔、或者膠帶被撕等異常狀況,時間與地點等紀錄就會上傳雲端平台,可釐清物品運送中損壞的責任歸屬,對消費者與業者權益都有所保障。

「iTape智慧膠帶」

「iTape智慧膠帶」在研發初期即受到業者關注,較一般學術研究更早趨向商品化,iTape應用不侷限於網購物流模式,更可將其核心價值延伸於任何與安全相關的領域,像是危險液態罐、機密文件、重要器材或藥品疫苗運輸等,莊承鑫亦計畫下一步成立雲端服務公司,企望協助促進不同行業之安全管理用途。

案例三:監控車輛排放氣體與防治廢氣污染的車用感測器

成功大學方冠榮教授、蔡淑儀博士

城市中的空氣污染,大部分來自汽機車排放的廢氣,監控氣體品質及汙染防治的感測器,在車聯網應用上扮演高度重要性,成大方冠榮教授團隊開發特殊功能性材料應用於新能源與環保科技的歷程長達二十年,此次「奈米鈣鈦礦材料應用於混合電位式NOx氣體感測器之研究」,研發出能偵測氮氧化物的晶片,針對不同氮氧化物濃度範圍0至1000ppm具有良好的感測度。

方冠榮教授指出,該感測器元件採平板式設計,相較於傳統的管狀感測器,尺寸更加微小,可大幅降低電功率的消耗,並且加速啟動及訊號傳輸訊號,亦可有效降低成本與導入產業在工廠內大量生產的基礎。要能有效改善汽車廢氣排放之汙染,只要在排氣管裝晶片,將汙染氣體排放量的電子訊號回饋給車用電腦,就能判斷排放之污染氣體符不符合標準。不僅提供具有毒性氣體濃度訊號偵測,藉以調整引擎的空燃比來保護觸媒轉化器、同時達到完全燃燒及空氣污染防治之雙重目的。

開發氮氧化物感測器的技術門檻相當高,目前全球市佔率幾乎被德、日兩家大公司寡佔,方冠榮教授之團隊長期投入車用感測器研發,要與國際級企業技術一爭高下,各種壓力可想而知。所幸有物聯網感測器計畫與辦公室同仁們大力支持與協助,隨著研發成果漸趨理想,方冠榮教授期許,未來與產業界攜手,共同解決國內空污問題,最終目標要讓台灣研發感測器站上世界舞台,為空氣污染防治盡一份力量。

平板式感測器元件

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