霍斯特Holst Centre的穿戴裝置魔法(下)

霍斯特中心Holst Centre所開發可透過物聯網科技,讓手機提醒照顧者或使用者用藥的包裝。(©Cindy Liao攝影)

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上篇中我們已經了解霍斯特中心是如何營運的,並且初步了解他所關注的研發領域,接下來就讓我們一起來瞧瞧他真實的研發成果有哪些。
柔軟的核心科技
霍斯特中心的研發焦點是「軟性穿戴系統(Flexible Wearable System)」,這個框架之下,又可以分拆為「低耗能感應器(Ultra-Low-Power sensors)」以及「軟性電子(Flexible electronics)」。相應而生的具體產品,是軟性的螢幕、太陽能板、能夠偵測生理訊號的微小晶片、以及整合各種生理訊號的微電腦。
軟性螢幕是當今各大科技廠商競爭激烈的新領域,而早在2005年,霍斯特中心就已經投入開發,並於其中扮演一個重要角色。有機發光二極體(OLED)是軟性螢幕中公認最有可能勝出的技術寵兒——以染料型態塗佈在透明基材上,在低電壓之下就能自體發光(不需要厚重的背光源)、柔軟可撓折、高演色性、高畫素——這一切都太美了,唯一的致命缺點就是良率只有大約40%(郭董併購Sharp的記者會上面說的),而我想在過去幾年裡面這個數字絕對更差。
霍斯特中心的科學家現場做實驗,證明他們的OLED技術不只輕薄短小,還可以耐高溫、防水、防潮。(來源:youtube#HolstCentre
霍斯特中心並非「發明」了OLED,而是提出可大量製造OLED的「生產技術」–就像是當年飛利浦的霍斯特博士並非發明了電晶體,而是發明了電晶體的生產方法一樣。有別於傳統電視面板在製造上採用「sheet to sheet(一片一片製作)」,霍斯特中心的作法是「roll to roll(整卷生產,R2R)」。技術細節在官方網站以及媒體報導中沒有揭露,但是所謂的R2R生產,就是大面積印刷技術:把透明基材以及OLED以滾印的方式結合起來–速度遠勝傳統的片材生產。生產過程中的工作站數量減少,產出的是「一捲一捲的螢幕」,太酷了!
這段影片展示了霍斯特中心如何用卷印的方式生產OLED。對一般讀者可能很無趣,但是學工程的人看到真是眼睛為之一亮。研發OLED早已不是什麼新科技,但是能夠快速、大量生產OLED,才是這項技術能不能普及的關鍵。(來源:youtube#HolstCentre

在軟性電子技術上面,霍斯特中心推出的是與歐美大學聯盟一起開發的「彈性電路(stretchable electronic)」–這種電路設計搭配了可延伸的軟性電路板材料,就可以製作出當今最酷炫的「電路紋身貼紙」。我必須說當第一次看到這項技術的時候,真是發自內心覺得他們實在太聰明了–又精巧又簡單,把電路畫成彈簧的形狀就好了。於是,把小片的太陽能板放在這個電路中,就變成了可穿戴的太陽能T-shirt(雖然效率很差,要幾個小時才能把你的手機充飽電);把生物訊號感應器放上來,就變成了軟性電子貼布(想像一種OK繃一樣的腦波貼紙)。
說到生物訊號,這也是霍斯特中心積極研發的項目。目前應用最廣泛的生物訊號感測器,就是EEG(腦電圖)和ECG(心電圖),都是一種感測皮膚表面電阻變化的感測器。一般來說,這類的感測器要搭配濕性介質,才會有比較好的效果——但是這會搞得你的皮膚、髮際黏黏的,很不舒服。霍斯特中心推出的是Dry EEG–乾式腦電圖,有八個頻道,以商用腦波儀來說已經非常足夠;更重要的是「無線」–這是無線的腦波傳感器。
無線心電傳感器在穿戴裝置領域中是個很重要的研究項目,畢竟裝置與人體互動的主要方式之一,就是監測使用者的生理訊號。如何做到輕薄短小、無線傳輸、而且盡可能地不耗電——正是這個題目的困難之處。(來源:youtube#HolstCentre

我不知道這個無線的腦波儀走的是藍芽還是Wifi,但是霍斯特中心同時也推出一種低耗能的Wifi晶片,於是合理懷疑就是走低耗能Wifi信號吧!這也是一件很重要的發明:各位如果有看過一張把Wifi電波視覺化的藝術圖片,就會知道你根本不用擔心照X光的輻射計量問題,因為我們身邊處處都是電磁波。低耗能的Wifi晶片不只代表它可以運用到穿戴裝置上,還代表著它降低了對人體的輻射干擾–於是,目前霍斯特中心將這相科技運用在醫療應用上。
最後,霍斯特中心作為一個「技術共享平台」,他當然要推出開發模組(Development Kit)的。將上述的生理訊號感測器整合在一片開發板上,以最強晶片ARM作為核心,另外使用與比利時imec共同開發的MUSEIC晶片來管理各個生理信號裝置(這是一片System on Chip晶片,SoC)–只是很可惜,我目前找不到更多的技術資料還有可以到什麼地方購買(gitHub上面也找不到相關資訊,開源不足啊)。
霍斯特中心不只關心人體的健康,也關心機器的。影片中這個裝在設備上面的小裝置,其電力來源是該設備的振動波;如果監測對象(機器)產生了異常的振動情況,這個小裝置就會反應給系統,進行異常振動的分析。使用這個裝置,讓工廠可以在設備出毛病之前就先進行保養跟維修,在工業4.0正要盛行的現在,是相當有用的一個發明。(來源:youtube#HolstCentre

台灣也有頂尖的軟性技術
這篇文章並不是單純地想要告訴大家荷蘭好棒、台灣要加油。這是一篇科技介紹文,而台灣在這個領域表現得也是不遑多讓。例如:台灣的輝能科技推出了軟性鋰陶瓷電池,可撓折延伸而且用剪刀剪也不會破、不會爆炸;軟性電路板雖然不是台灣的發明,但生產上台灣可是名列前茅,毅嘉、嘉聯益等所謂的軟板五虎,近年來從日廠手中搶下許多大單;上銀集團的豪客能源在CIGS太陽能(薄膜太陽能銅銦鎵硒)電池上面表現亮眼,這是一種軟性的太陽能技術;逛了一圈光電展,就會發現像是光寶這類的光電大廠,已經從LED照明領域逐漸轉換到生理信號監測晶片的開發。
台灣也是很棒的。但是我們只專注在零配件的開發,很少投入在系統整合出一個消費產品上。如果可以借鏡霍斯特中心以及Media Lab這種共享研發制度,降低台灣廠商彼此之間的惡性競爭以及重複研發,相信我們在穿戴領域上絕對有機會領先全球。
而穿戴科技的未來就在不遠處。
是的,我們有工研院,曾經工研院是台灣技術開發的火車頭,可是歷經時空變化還有政策轉變,如今我們的法人研發機構的聲望大不如前,非常可惜。工研院的確是一個現成的共享研發平台,全台灣能夠養這麼多博士碩士還有設備的地方,也只有它了。我想不管是誰執政,都應該想辦法最大化工研院的效益,而不是分散這份難能可貴的資源。本文不想探討這個讓人傷心的主題。

 

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