以蟑螂作為靈感,勞斯萊斯研發微型機器人,修理引擎五分鐘搞定
以蟑螂作為靈感,勞斯萊斯研發微型機器人,修理引擎五分鐘搞定
2018.07.20 | 機器人

飛機引擎的狀況,將直接影響到飛航安全,由於內部零組件複雜,檢修過程除了需要專業的技術,大把的時間投入也是不可避免的,而勞斯萊斯(Rolls-Royce)最近開發出了一款如同蟑螂般大小的微型機器人,可以直接「飛」進引擎內部的各處角落,讓檢修引擎的時間從五個小時直接縮短到五分鐘。

微型機器人幫大忙,飛進引擎內做檢修

為了深入引擎內渦輪,勞斯萊斯推出了 SWARM 蟲型機器人、FLARE 蛇管型機器人、INSPECT 內建型潛望鏡自主檢測機器人三大構想。

SWARM是一個大小如蟑螂一般的微型機器人,透過FLARE 蛇管型機器人輸送到引擎內部的角落和縫隙,抵達定點後再將SWARM放出,它能透過機身上的小型攝像機即時回傳內部影像,概念是希望減少維修與檢查引擎時,將引擎拆開的麻煩與時間。

SWARM Robots
透過FLARE 蛇管型機器人輸送到引擎內部,抵達定點後再將 SWARM 蟲型機器人放出。

「它可以鑽到引擎內不同的燃燒室,」勞斯萊斯技術人員凱爾(James Kell)表示:「我們如果用傳統的方式檢修,須要花上五個小時,透過這個小機器人,只需要五分鐘就能搞定,因為他們可以在接近燃燒室的各處飛行。」

透過迷你機器人除了能在不用把整座引擎拆下,即時掌握引擎內部狀況,也能在檢查損毀的過程中,清除碎屑、進行臨時修補。這項檢修機器人的開發,是勞斯萊斯與美國哈佛大學和英國諾丁漢大學的機器人專家合作的成果,研究員里瓦茲(Sebastian de Rivaz)談到,設計靈感是來自生活中常見的蟑螂,整個構想已經歷時八年的時間,下一步希望能成功在機身上安裝鏡頭,並將尺吋縮小到15毫米。

遠端遙控,技術人員不必親臨現場

SWARM 蟲型機器人、FLARE 蛇管型機器人目前都還在研發階段,另一款INSPECT 內建型潛望鏡自主檢測機器人,最快則可以在兩年內實際採用。

INSPECT 是一款遙控維修機器人,可以事先安裝在引擎內,可以將3D掃瞄影像回傳控制中心,讓工程師可以修復壓縮機葉片損毀,未來還打算研發「遠端鑽孔機器人」,在專業工程師的遙控下,直接完成複雜的維修任務。

這些維修引擎的構想,不僅可以節省時間以及成本,更可以讓高端的技術人員,在遠端就能遙控執行專業的維修工作,概念跟手術機器人類似,透過網路連接,讓技術人員不必親臨現場,就能貢獻自己的專業。

維修、產品通通導入科技革新

勞斯萊斯(Rolls-Royce)是一家專門生產渦輪產品的英國公司,以生產飛機引擎著稱,市占率僅次奇異公司(GE),民用和軍用領域產品都有涉略,是世界第23大國防承包商。不論在空中巴士的A350、A380,甚至是波音的787系列,都能看到勞斯萊斯的引擎產品。

隨著時代的演進,勞斯萊斯也不斷透過新技術跟上時代脈動,像是去年九月,就公布一款搭配人工智慧(AI)技術的無人船艦原型概念,自動駕駛工具包括能源管理、儀器監測、遠端維護系統,這艘船艦預計長60公尺、能航行3,500海里,配有電力推進系統能不中斷航行100天,除了能夠降低大量運營成本,軍事、探勘用途的船隻也能大幅度降低人力折損的風險。

Rolls-Royce
去年九月,就公布一款搭配人工智慧(AI)技術的無人船艦原型概念。

同時還與空中巴士(Airbus)與西門子(Siemens)合作,打造了一款一款叫「E-Fan X」的混合動力電動飛機,預計在 2025 年投入商用;最近宣布開始研發空中計程車的推進系統,飛天車的機翼可以做到90度旋轉,特別之處在於可以做到垂直起降(electric vertical take-off and landing,簡稱EVTOL),預計最快2020年就能飛上天。

Rolls Royce
勞斯萊斯最近宣布開始研發空中計程車的推進系統,特別之處在於可以做到垂直起降。
圖/ Rolls Royce

透過技術與新科技的結合,從維修、產品都著手革新,在新時代創造出截然不同的新價值。

關鍵字: #機器人
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突破摩爾定律極限!台灣奈微光用矽光子技術打造「會聞的晶片」,開創感測新藍海
突破摩爾定律極限!台灣奈微光用矽光子技術打造「會聞的晶片」,開創感測新藍海

在後摩爾定律時代,台灣奈微光不僅是開發出一款新晶片,更在於證明了創新不必只沿著摩爾定律持續追求製程極限,採取橫向發展同樣能找到市場著力點,台灣奈微光正運用 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)製程,打造出全球少見、能「嗅聞」世界的感測平台,這場從臺大實驗室技術啟程的冒險,正讓臺灣半導體產業看見另一條通往未來的道路。

跨足大健康與車用,奈微光用矽光子打造感測新藍圖

台灣奈微光所研發的矽光子感測晶片樣品,針對多波段應用所設計的多樣化解決方案。
台灣奈微光所研發的矽光子感測晶片樣品,針對多波段應用所設計的多樣化解決方案。
圖/ 數位時代

正當全球半導體產業競相投入奈米級製程競賽,追求更小、更快的晶片時,台灣奈微光卻選擇了一條截然不同的道路。「我們的核心技術就在於光子 IC 設計。」台灣奈微光董事邱俊榮說明,他們所做的是「光的晶片」,與傳統專注於電子電路的 IC 完全不同。

長久以來,市場上若要製造中長波紅外光的光源,普遍會採用化合物半導體。然而,化合物半導體不僅成本高、良率較低,且在光譜調控上存在不少挑戰,台灣奈微光則突破性地利用 CMOS製程,直接從矽基底打造出中長波紅外光光源,顛覆了以往的作法。

邱俊榮強調,這都要歸功於臺灣半導體 CMOS 製程的高度成熟與優異良率,讓台灣奈微光能在成本上取得絕對競爭力,打破中長波紅外光技術高昂的門檻。「我們是透過 CMOS的半導體製程設備,把晶片延伸到矽光子光源與矽光子感測器。」他指出,「這就是台灣奈微光最核心的差異化。」台灣奈微光的矽光子技術,也催生出最具顛覆性的應用──微量氣體的連續偵測。傳統上,偵測微量氣體多依賴大型設備,或是藉由薄膜與電化學感測器,體積龐大、造價不菲,且難以持續監測,必須等待薄膜變化才能得到數據,台灣奈微光則運用中長波紅外光,透過氣體吸收特定波長時產生的能量變化,實現即時且連續的濃度偵測。

在應用面,台灣奈微光鎖定「大健康」與「汽車」兩大領域:希望未來能將這項技術導入智慧衣等穿戴裝置,持續監控呼吸與體內氣體變化,也可應用於電動車市場,偵測鋰電池異常釋放的氣體,為車輛安全嚴格把關。

挑戰摩爾定律侷限橫向創新,打開感測市場新局

台灣奈微光持續以矽光子技術挑戰摩爾定律的侷限,開創感測市場新局,展現臺灣半導體橫向創新的實力與決心。
台灣奈微光持續以矽光子技術挑戰摩爾定律的侷限,開創感測市場新局,展現臺灣半導體橫向創新的實力與決心。
圖/ 數位時代

這項突破性的感測能力,也展現出台灣奈微光對半導體產業發展脈絡的深刻洞察,傳統的半導體產業長期依循摩爾定律,追求單位面積內電晶體數量的極大化,也就是線寬持續縮小、功能不斷堆疊,屬於典型的「縱深式」發展,然而,隨著製程推進至1奈米世代,單台曝光機設備高達4億美元,資本支出急遽膨脹,物理極限與成本效益成為產業面臨的重大挑戰。

台灣奈微光選擇另闢蹊徑,他們將半導體製程的應用「橫向」擴展。邱俊榮指出,即便在傳統 IC 領域中,微米級製程線寬早已鮮少被提及,但在感測器等應用領域依然蘊藏廣大潛力,台灣奈微光正是運用這些「尚未被徹底開發」的微米級製程,結合自家的矽光子技術,開發出光源與感測器晶片,創造全新的應用價值,這意味著,臺灣半導體產業不只在奈米級製程領域具備領先地位,還能進一步將既有資產延伸至更多元的應用場景,而不必一味追逐最先進的製程節點。

「我們不是照著摩爾定律的方向往下挖掘,而是打開另一種可能,只要做一些物理上的調整,就能產生中長波的光源,還能偵測中長波紅外光,甚至在同一顆晶片上就可同時偵測到紫外光。」邱俊榮強調,這正是對半導體生命週期的延伸。他也提到,台灣奈微光的目標並非爭奪市場,而是藉由技術替換,協助既有產品升級、實現價值加值(value-add)。

不過,若要讓這項劃時代的光感測技術真正落地並普及至廣大市場,仍需面對商業化與規模量產的多重挑戰。為了推動晶片功能從單一走向多元,並提升其多波段的精確調控能力,台灣奈微光申請了經濟部產業發展署所推動的「驅動國內 IC 設計業者先進發展補助計畫」(簡稱晶創IC補助計畫),期望加速技術成熟與市場部署。

AI時代新戰局,台灣奈微光技術應用的無限可能

此計畫的核心目標,是讓單一晶片實現「多波段(multi-band)有效控制的微分辨識」。過去,台灣奈微光所開發的晶片多以單一功能為主,而透過晶創 IC 補助計畫的資源,將協助他們推進晶片功能的多元化。

這項技術的挑戰,在於如何精準控制多個光譜的發射。邱俊榮形容,以前的設計就像一次將所有光譜全部釋放,現在則能做到「要A動、BC不動」或「C動、AB不動」等更細膩的調控,要達成這種「誰要動、誰不動」的精準控制,必須增添新的光罩設計與更複雜的驅動機制,雖然這意味著更高的開發成本,但能顯著簡化後端機構,加速產品量產與推向市場的進程。

台灣奈微光預計在2026年6月前完成這項技術開發進入投片階段。儘管從投片到實際市場落地仍需時間,但他們已開始與紡織、電動車鋰電池、半導體廠房氣體偵測等產業客戶溝通布局,力求縮短市場開發週期。同時,在迎接AI的時代,數據品質與廣度更是關鍵。邱俊榮認為,台灣奈微光的矽光子感測技術,能為AI提供更精確、即時與連續的數據。透過晶片同時測量多種身體參數並實現每秒連續偵測,將提供豐富且精準的「身體密碼」數據,不僅能協助AI進行更深入的演算找出過去未能捕捉的變化規律,更將賦能AI在大健康等領域做出巨大貢獻。

目前,台灣奈微光正積極與半導體廠房氣體偵測廠商、大健康品牌客戶及跨產業夥伴合作。展望未來,台灣奈微光不僅要透過晶創IC補助計畫將晶片功能多元化,更將持續深化技術,證明台灣半導體產業不只在極限製程上領先,更能橫向開拓無限的市場潛力,為全球帶來前所未有的感測應用突破。

|企業小檔案|
● 企業名稱:台灣奈微光
● 董事長:張坤昱
● 核心技術:CMOS製程的先進矽光子光源晶片模組與感測晶片模組
● 資本額:新臺幣4.5億元

|驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫簡介|
在行政院「晶片驅動臺灣產業創新方案」政策架構下,經濟部產業發展署透過推動「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,引導業者往AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程之低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

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