自學做球型馬達!顏伯勳、李尚融獲工程機械領域二等獎
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自學做球型馬達!顏伯勳、李尚融獲工程機械領域二等獎

顏伯勳為投入球型馬達決定申請自學,與國中同學李尚融聯手,奪下 Intel ISEF 工程機械領域二等獎

電動車正夯,所有關注劃時代交通技術的科技宅們,幾乎都把焦點集中在如 TESLA、蔚來等電動車大廠,或跑得極快、正顛覆自己的 Toyota、Mercedes Benz、BMW 或 Audi 等傳統汽車大廠身上。很少人注意到默默無聞的輪胎,卻是 20 世紀各類由汽柴油驅動的交通工具可以快速普及到全球領域的功臣之一。

如果說驅動能源可以被顛覆,作為移動路上必備的輪胎(除非人類發明出飄浮移動大法)是否也未嘗不可?《數位時代》就曾介紹過韓泰輪胎針對不同路面需求所提出的解決方案。以製造輪胎起家的美國大廠固特異,就隨著福特T型車面世讓輪胎開始放量而在 20 世紀大放異彩,如今的固特異也思考要如何顛覆自己,推出球型概念輪胎,討論未來移動載體與地面之間的動態變化。球型概念的輪胎可能不再有輪軸,輪胎自身即具有動力可驅動車體。在這樣的概念下,輪胎與車身如何穩定結合、輪胎的動力來源與控制方法,加上能源如何傳遞給輪胎的動力來源都將同時是球型輪胎需要克服的基礎問題。

來自嘉義的顏伯勳在 13 歲開始接觸自造者雜誌與社群,開啟了動手做的習慣,在國中時期就與同學合作一起做機器人參加科展。「我就是自己動手想試試看把東西做出來。」顏伯勳說,在匹茲堡參加 2018 ISEF 現場,顏伯勳與他從國中時期培養出默契的拍檔李尚融,一個負責硬體設計與製造,一個負責軟體與自動控制;雖然才剛經歷過評審一連串英文轟炸式的提問,就對我們繼續侃侃而談,大方說話的語氣、自在的溝通表現,一點都不讓你感受出這只是個 17 歲的孩子。「就像這個球型馬達的模,光開模我們就找了好多不同的工廠拜託人家幫忙,求了一圈,最後一個老闆花兩小時聽懂我想做什麼才出手幫我。」

2018 Intel ISEF 國際科展
顏伯勳與李尚融送到 2018 ISEF 國際科展參展的球型馬達設計圖
圖/ 顏伯勳提供

對顏伯勳、李尚融這樣一對 15-17 歲的青少年來說,在台灣,就算你有想做的夢想,都不見得可以取得完整的資源來實現,且所謂完整的資源,可不見得是錢。「開模成本當然很重要,但工具更重要!」顏伯勳說「我們跑遍了不同地方,除了這些模具工廠,還去了南方創客基地、借了台南職訓中心的CNC(Computer numerical control,電腦數值控制工具機)、並到成大請電機系老師幫忙。」如今連最強調要動手的技職體系所轉型的科技大學,都不見得有完整的工具機設備,對這兩個決定自己動手做的小伙子來說,卻是最迫切需要的設備。

攤開顏伯勳與李尚融針對球型馬達所做的主頁來看,你可以看到他們一路動手做實驗,解決問題的痕跡。更有趣的是,這些實驗筆記全部都用英文寫成,對於我們觀察多年台灣教育體系所訓練出的孩子來說,這是多麼難得的一件事情。

Intel ISEF 國際科展 2018
顏伯勳與李尚融
圖/ James Huang 攝影

「球型馬達從來就不是新玩意!」一位台灣從事馬達繞線行業的從業人員接受《數位時代》線上提問時說「不同於傳統的軸轉馬達或線性馬達,多自由度馬達可以在 X、Y、Z 軸上做任意轉動,達成我們一般人所認知的可任意角度旋轉的球體運動。」機器人與機械手臂領域隨著「智慧製造」或「工業 4.0 」的趨勢開始快速發展,讓這種多自由度馬達的研究開始受到重視。然而,球型馬達實作上仍有幾大困難:

  1. 過於複雜的機構設計容易導致馬達尺寸過大,耗費過多驅動能源。
  2. 多數球型馬達的驅動以電磁方式為主,但球體內的永久磁鐵與驅動的電磁間除了需要調教磁力來控制球面摩擦力外,以金屬為主的球型結構也容易被磁化而發生改變。
  3. 目前主流應用是超音波控制壓電震動子在球面上移動,較適合應用在小型裝置,例如內視鏡或機器人關節,但不適合驅動大型結構。

顏伯勳與李尚融這對國中同學,就在這樣的情況下企圖動手做解決這個問題。伯勳甚至為此申請了自學計畫,從高二開始在家自學。「學校實在太浪費時間了!」顏伯勳說「有太多無關的科目,無助於協助我解決我想要解決的問題。球型馬達明明就有很大的應用,但卻很難有人想對它動手研究。」事實上,並不贊成自學計畫的顏爸爸,甚至在他的自學計畫書主動陳述反對伯勳自學的理由,「他在家連碗都不洗,自己都管不好了,我實在無法相信他會為自己的學習負責。」但縱有這些說明,伯勳與尚融仍付出超多努力,讀者只要在網上搜尋他倆的名字,就可以直接看到他們爭取各種獎項與補助的過程。

攤開他倆在參加可說是全球科展奧林匹亞的 ISEF 前一路為這顆馬達所付出的努力,我們可以發現這個計畫必須結合非常多不同的資源、領域知識、工具與許多人的付出。光是一顆馬達所牽涉到的知識,從機械原理、電磁學、結構與機構設計、電控、自動控制、到要展示所需呈現的軟體介面、軟體與硬體介接所需要撰寫的韌體等,就算在機械或電機領域,通常都不是單一學科所能應付的。更何況,只有 17 歲的他們倆還分頭去參與各種比賽拿資源,甚至寫計畫書申請補助。

但,這一切是否可以幫助他們得到社會的肯定,答案卻可能令人心酸。「家裡還是希望我可以好好讀個大學,所以我的目標是可以考上一家電機系。」李尚融說,就算科展有機會讓他們提早申請上大學、甚至保送到特定科系,動手做、參加科展,本身這件事情就不見得可以得到家人或社會的肯定與支持。一起培育並呵護台灣團隊學生共同參與 ISEF 的中央大學大氣系教授林沛練也點出這個現實,「對很多學生或家長來說,參加科展的不確定性因素非常高,得獎當然好,但沒得獎的話,學生得中斷準備大學入學指定科目考試的一段時間來參加科展,是很大的風險,就算取得國際參賽權與贊助資源非常不容易,也有些學生或家長就這樣中途決定放棄了。」

拿下 ISEF 2018 工程機械類的二等獎後,在前方等著伯勳和尚融的挑戰才剛要開始。許多媒體果然把焦點放在他們是否將要繼續升學,尤其越來越少優秀高中生選擇繼續留在台灣僵化大學體系的今日。問道他們倆的夢想,伯勳回給《數位時代》的一段話讓我們見到青春夢想的初心。「我們在未來幾年還會想繼續把這顆球型馬達改良的更好,無論是我們自己把它做成產品,或是讓有興趣的企業來生產,都是我們所樂見的。因為對做工程的人來說,只有把東西真的應用在生活上,所做的研究才真正有了價值。」

關鍵字: #英特爾

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