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眼到、手動、指令到
撰文/王志鈞

酷手科技 吳季剛
酷手科技 吳季剛

透過量測手部肌肉的變動與裝置位置精確分析手部動作,酷手科技所推出的穿戴式手勢輸入裝置,延伸雙手的無限可能!也讓年僅35歲的創辦人吳季剛成為遊戲大廠競相合作的科技新貴。 

想像一下你的手掌是一把槍,只要動一動手指就能扣下扳機開火!操控無人機時,只需揮揮掌、左右搖動,飛機便可上上下下,輕鬆一手掌握。這是工研院衍生新創公司酷手科技針對虛擬實境(Virtual Reality;VR)打造的「肌肉活動訊號感測技術」,它能讓手指凌空一動,萬物皆為你所用。 
 

小團體奪得科技大獎 對產品有自信


還沒採訪前,就已聽聞酷手科技的產品非常新奇酷炫,但來到酷手科技的辦公室才發現公司管理文化更酷。他們沒有另外建置自己的辦公室,而是選擇在時代基金會所成立的創業社群Garage+中租借空間,與一群創新團隊擠在一起,彼此互相激盪,讓團隊隨時都能處在創意火花迸射的實戰現場中。 
人高馬大、穿著一派輕鬆的吳季剛,帶領著年齡平均30歲上下的4人團隊,2017年贏得有「科技產業奧斯卡」之稱的全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),引起國內外遊戲大廠的高度關注。 
酷手科技所研發的「肌肉活動訊號感測技術」,不僅可取代搖桿、遊戲把手,還能應用在復健、運動等方面上,未來是AR╱VR和物聯網產業中最被看好的人機控制介面。 

什麼是肌肉活動訊號呢?人的肌肉在收縮時,會因為肌纖維的摩擦或是改變而產生震動訊號,酷手科技的肌肉活動訊號感測技術即是透過手環等腕型穿戴式裝置,感測肌肉的生理訊號,判斷出使用者的手勢,進而在遊戲中產生指令。 

「目前多數的人機介面,採用肌電訊號(Electromyography;EMG)技術,容易因人體產生汗水導致訊號失真,且處理訊號的複雜度高,生產成本也高,」吳季剛信心滿滿地表示,「我們研發的肌肉活動訊號感測技術不受人體流汗影響,靈敏度高且成本較低。」 

專攻人體力學 肌肉活動訊號激發靈感


2008年,吳季剛從成功大學醫學工程研究所畢業後,進入工研院服務。專攻人體力學的他,負責與團隊一起進行運動器材檢測領域的設計與研發。在2010年一場運動科學研討會,他第一次接觸到醫學領域剛開發出來的肌肉活動訊號技術時,腦袋裡突然靈光一閃,認為這應該可以作為下一世代的人機控制介面。 

吳季剛表示,人機介面被認為是未來趨勢,已有許多團隊投入研發,手勢的人機裝置多採用EMG技術,不僅技術難度高,生產成本也相對高昂,產業化有難度;而肌肉活動訊號技術在醫學研究價值並不大,但成本低、可量產,反而更適合開發作為人機介面。 

如此起心動念,觸發吳季剛將原本醫學上的研究,開發成為可運用在消費市場上的產品。為了領先市場,吳季剛與工研院研發團隊花了1年左右的時間,就順利開發出以生理訊號來判讀使用者肌肉的「手勢辨識體感技術」,並在2011年申請專利,進行布局。不過,由於當時還想不到適用的商業用途,加上吳季剛正好調職,因而將專利技術暫時擱置。 

市場成熟 創業之路水到渠成


大約2014、15年間,加拿大一間公司成功開發出用手環來遙控無人機的介面,並大為熱賣。看到這則新聞時,吳季剛的內心雀躍不已,因為他知道機會來了。 
加拿大公司仍採用EMG技術,準確率大約只有85%,但肌肉活動訊號感測技術的辨識準確度卻可達96~97%。他馬上申請工研院的「小蘋果園創新創業計畫」,並將過去練習西洋劍所認識的好友、台大電機系畢業的李蔚霖,從聯發科找進工研院,一起投入研發,為日後技術移轉、創業做準備。 
2017年2月,酷手科技正式成立,除李蔚霖出任技術長外,另一位與吳季剛一起打橄欖球的好友徐聖魁也被找來擔任營運長。吳季剛以玩橄欖球的經驗,找互補的人才來籌組團隊,技術長補足了軟硬體整合所需的機電能力,而擁有業界經驗的營運長則補足了商業營運上的基礎。 

在經營策略方面,吳季剛也善用橄欖球突出重點的攻擊策略,不追求面面俱到,而只將產品聚焦定位在一個有利的攻擊點上。 

「我們最強的技術是肌肉訊號與手指動作的精準辨識力,弱勢部分是團隊欠缺硬體及量測能力。這樣何不聚焦在技術輸出與提供解決方案?」吳季剛說明。於是,酷手科技明確將產品定位在模組與技術輸出上,不涉及終端產品製造的商業模式就出爐了。 

聚焦技術服務 大家都是鋼鐵人


遊戲界的未來趨勢,將是AR╱VR所引領的沉浸式體驗,對VR遊戲而言,頭戴式裝置會將雙眼遮住、有異物感;而手勢辨識僅須簡單配戴腕型裝置,操作體驗更加直覺,因此市面上以手勢作為裝置控制的競爭商品不斷出現。 
酷手科技的肌肉活動訊號感測技術,之所以能脫穎而出受遊戲大廠青睞,主要是因為透過量測手部肌肉的變動與裝置位置來精確分析手部動作,可偵測到更精細的動作指令。此外,透過手環不會有連接線路耗損的問題,傳送距離更不受線路影響,可以傳送約30公尺,跟EMG技術比起來更適合搭配頭戴式裝置一起使用。 

目前,酷手科技已成功打進國內外許多遊戲機大廠,並銷售出可供廠商研發人機介面的開發模組與相關套件,待廠商新品出貨後,豐沛的專利授權金便可開始挹注營收。 

未來,除了遊戲產業外,簡報、運動義肢、無人機操控與工業運用領域,都是酷手科技布局的重點。待公司站穩了創業第一階段,吳季剛也準備募資來開發第二階段的智慧裝置產品,預計導入人工智慧技術,甚至不排除將手部辨識與語音辨識結合,將人機介面的深度與廣度再次昇華。 

「終極目標就是運用酷手科技的產品,把每一個人都變成鋼鐵人,大家動動手就可操控一切智能設備!」吳季剛興奮地說出未來的願景。 

肌肉活動訊號感測技術以手環裝置連接,不會有線路耗損的問題,傳送距離更不受線路影響,更適合搭配頭戴式裝置一起使用。
肌肉活動訊號感測技術以手環裝置連接,不會有線路耗損的問題,傳送距離更不受線路影響,更適合搭配頭戴式裝置一起使用。
酷手科技研發的肌肉活動訊號感測技術靠著肌肉訊號與手指動作,其辨識精準度可達96~97%
酷手科技研發的肌肉活動訊號感測技術靠著肌肉訊號與手指動作,其辨識精準度可達96~97%

業師觀點 由徒手邁向手牽手


撰文/國立清華大學科技管理研究所教授兼清華EMBA執行長 丘宏昌 

首先,讓我們先看一個任天堂的小故事。2006年,任天堂推出了Wii這款遊戲機,引領全球邁向新的遊戲熱潮。就技術來說,新的控制方式帶給顧客嶄新的體驗,讓玩家不受束縛。就顧客面來說,父母親過去往往是小孩玩遊戲的反對者,轉變成為與小孩一同玩遊戲的歡樂者。這些因素,使Wii的銷售業績超過1億台。 

然而,好景不常,2012年任天堂接續Wii所推出的Wii U,由於操作介面趨向複雜化、主機掌機二合一的特性並不突出、以及對業內的支援合作廠商沒提供好的支援使得第三方夥伴不願共同開發新的遊戲,這些因素又使得Wii U從2012上市到2017停產時,業績僅1千多萬台。 

最後,失敗為成功之母,任天堂記取這個教訓,於2017發布了一台新的Switch,這台家用主機解決了以上的問題,讓顧客可隨時隨地、並與任何人一起遊戲,這樣的定位引發了共鳴。這次Switch也記取另一個教訓,不論是電玩大廠或獨立遊戲開發商這些內容開發廠商,Switch希望與他們保持良好關係。這些因素,造就任天堂再一次的成功。 

從以上的任天堂小故事,對酷手科技有幾點值得參考的地方:第一,產品在技術上需有相當的差異化,這點就酷手科技來說,看起來有其技術對顧客有相當的價值、也有某種程度的獨特性。只是其技術的應用層面要著重在功能品,例如如醫療等,還是要著重在快樂品,如電玩遊戲等。由於兩者的要求截然不同、加上新創公司的資源有限,選擇何者做為最主要的發展方向就顯得十分重要,必須要有所選擇。第二,就顧客的角度來說,如同任天堂的例子,到底是要瞄準什麼樣的顧客、傳遞這些顧客什麼樣的顧客價值主張,這也須有所選擇。第三,新創公司要成功,由於關鍵資源與能力有其限制,一定要搭配關鍵的合作夥伴一起共創價值。例如任天堂的故事,我們可發現成敗的重要原因就是第三方的合作夥伴。同樣的狀況,也發生在NVIDIA與台積電,兩者的合作夥伴關係也使雙方互利共生。因此,對酷手科技來說,選擇合適的關鍵夥伴十分重要。 

最後,衷心期盼酷手科技由一家受到大家注目、擁有關鍵技術的新創公司,成為一家產業內成功的公司。(原文連結)

全文摘錄《工業技術與資訊》月刊2018年7月號

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共同進化的新未來
口述/微軟全球資深副總裁洪小文 整理/李幸宜

人工智慧會取代人類嗎?長久以來,人類對AI是既期待又怕受傷害,在科技發展已全面進入智慧時代的今天,人類該如何與AI和平共處?微軟全球資深副總裁、微軟亞太研發集團主席暨微軟亞洲研究院院長洪小文,對於未來,提出了「HI+AI」共同進化的觀點。 

1950年,時代雜誌以初具雛型的電腦作為封面故事,當時就已經有人擔憂未來會造出比人更聰明的機器。事實上,智能是有層級差別的。以金字塔圖例來看,由底層到頂端可區分為5個層級,依序是運算與記憶、視覺與聽覺等感知能力(Perception)、洞察推論及規劃決策的認知能力(Cognition)、創造力,以及智慧(Wisdom)。 

下半部的運算與記憶、感知能力,機器已經能做得比人類好;而在中間層級的認知能力,則是機器和人類各擅勝場;至於上半部的創造力與智慧,人類還是做得比機器更好。 

今日的AI是以繁制繁,例如記憶電話,或是AlphaGo推演棋局;但人類的智慧是以簡制繁,甚至是以無制繁,兩者推演邏輯不同。可預見的是,未來將是人類與機器搭配的時代,由人類「大膽假設」之後,再加上機器「小心求證」,進而得到結果,也就是透過AI和HI(Human Intelligence;HI)的結合來完成重要的決策或任務。 
 

AI從感知到認知的躍進


比爾蓋茲(Bill Gates)在1991年成立微軟研究院,希望做出可以看懂、聽懂使用者需求的電腦技術,1995年有了初步進展,第一次做出勝過人類的型態識別(Pattern Recognition)能力。 

微軟最終的目標是將AI相關技術做成平台,現已發布一系列感知服務應用程式介面(Cognitive Service API),包含視覺、語音、語言、知識、搜尋等功能。例如微軟推出的測試年齡網站「how-old.net」,只要上傳照片即可判別照片中人類的年齡,推出後在網路上掀起一陣風潮,其實背後只用了8行程式代碼,微軟想展示的是運用現成的程式介面,就能輕鬆開發與日常生活貼近的人工智慧感知服務。 
但就認知能力而言,當前所有的AI都還是「黑盒子」,雖然可透過深度學習(Deep Learning)方法來解決「What」,卻不能解決「Why」,也很難進行更深層的推論。舉例來說,機器所翻譯的文字是逐句照翻,人類的翻譯則是聽完或看完一段內容後,再以自己理解的意思表達出來,所以能無中生有,或是預測對方可能要說的話。 

相反地,人類的認知是「白盒子」,不是單純的型態識別,擁有自己的主見和想法,所以能舉一反三,還能進行推論。單純的感知像是記憶電話號碼,人類在這方面還是比不過機器,但是因為人類本身就擁有各種知識(認知),不受限於被輸入的資料源,因此可以用認知去強化感知。 

人類獨具的創造力及智慧


微軟亞洲研究院曾用深度學習的方式教機器寫詩,還出了一本詩集,作法是先讓機器辨識圖片內容,再據此寫出相對應的詩句;機器還可以作畫,把照片轉為油畫或浮世繪風格,舉例來說,去年上映的電影《梵谷:星夜之謎》,動用100多位畫家以油畫繪製動畫內容,但其實用AI就可以完成這項工作,而且能省去很多人力。 

只要有原始圖片加上各種風格的套用轉換,機器就能產出各式各樣的圖片或畫作,但這些產出等於創造力嗎?畢卡索曾說:「好的藝術家抄襲,偉大的藝術家盜竊。」所謂的「盜竊」,是指加入自己的創意將作品轉化為全新的呈現,而AI只能做到「抄襲」。 

創造力沒有大數據作為後盾,甚至常是在沒有資料的支持下發生的。人的聰明就是在沒有資料或資料不充分的情況下,可以憑空推論出東西,例如:愛因斯坦在100年前就提出重力波,但機器在100年後的現今才勉強可以測得。 

智慧(Wisdom)和智能不同,智慧包含意識與心智,心智則和創造力有關,創造力可以被激發,但無法透過教導而來,也沒有演算法可言。人類存在的目的就是探討未來,未來的發展將是人類和人工智慧的共同進化,形成HI加AI的局面,而我們應該樂於且有幸成為與AI一起成長的第一代人類。

從智能層級 剖析AI與HI的優勢

 (原文連結)

全文摘錄《工業技術與資訊》月刊2018年7月號

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國際級檢測服務 為光環境把關
撰文/魏茂國

在綠能環保當道的趨勢下,耗電量小、耐用持久的LED已取代傳統燈具成為市場主流,但面對市場上琳瑯滿目、規格不一的LED燈具,該如何挑選呢?LED燈泡外盒上所標示的演色性、光通量、色溫、光效等,這些數值是怎麼量測出來的?難道都是廠商說了算嗎? 

為了替消費大眾把關,工研院的「LED照明測試實驗室」針對各項LED照明產品,提供第三方公正檢測與認證服務。從最基本的色溫、光通量、演色性與光效這類光屬性的量測,到絕緣耐壓、電磁雜訊、洩漏電流、輻射量與藍光危害等安全性檢測,總計20多項檢測,協助廠商或研發單位確認受測LED照明產品的實際性能數據,進而取得國內外認證,利於產品推廣與多元應用。 

以CNS國家標準為例,政府現已強制LED燈泡需通過CNS認證,符合各項安全、性能與壽命等國家標準,才能上市販售。除了CNS標章,工研院「LED照明測試實驗室」也是MIT微笑標章、LED路燈國家標準、LED節能標章、TAF認證、美國能源之星、與日本JET認證實驗室,更是全台首座獲得國際電工委員會(IEC)獲得所頒布「CBLT國際標準認證」的LED檢測實驗室,協助台灣廠商取得國際標準認證,將台灣優質產品推向國際。 

就像鋼琴定期需要調音一樣,實驗室裡的儀器也需要定期校正,確保與國際標準一致。工研院維運的「國家度量衡實驗室」,就扮演這個檢校溯源的工作。原級實驗室完成標準燈測定後,即可以此調校量測儀器,有效維持檢驗測試品質,讓LED照明產品更可靠有保障! 
 

積分球量測系統: 對於LED照明產品所發出來的光,最基本的就是要掌握演色性、色溫、光通量等特性。藉由能使光線均勻擴散的積分球,來收集LED光的特性與相關數值,並透過光譜儀來分析各項參數,進而了解各種LED照明產品所具備的發光特性。
積分球量測系統: 對於LED照明產品所發出來的光,最基本的就是要掌握演色性、色溫、光通量等特性。藉由能使光線均勻擴散的積分球,來收集LED光的特性與相關數值,並透過光譜儀來分析各項參數,進而了解各種LED照明產品所具備的發光特性。
枯化光衰量測系統: 隨著燈具使用時間拉長,發出來的光也會逐漸減弱變暗,產生光衰狀況。一般LED球泡燈,需經過至少2,000小時、甚至多達6,000小時以上的測試,以測定其光衰程度是否合於規範。
枯化光衰量測系統: 隨著燈具使用時間拉長,發出來的光也會逐漸減弱變暗,產生光衰狀況。一般LED球泡燈,需經過至少2,000小時、甚至多達6,000小時以上的測試,以測定其光衰程度是否合於規範。
光輻射生物安全測試系統: 光也可能危害人體?精準來說,「光」是指人眼受到刺激而有光亮感的電磁輻射,國際電工委員會(IEC)針對紫外線、紅外線、與可見光,規範了對人體安全的輻射值,確保市售光源不會對眼睛、皮膚、視網膜造成危害。
光輻射生物安全測試系統: 光也可能危害人體?精準來說,「光」是指人眼受到刺激而有光亮感的電磁輻射,國際電工委員會(IEC)針對紫外線、紅外線、與可見光,規範了對人體安全的輻射值,確保市售光源不會對眼睛、皮膚、視網膜造成危害。
絕對輻射量測系統: 光的強度要怎麼檢測?目前國際間以「燭光」為光強度單位,為確保各式光量測工具所測得的光強度均有一致標準,利用光輻射特性,以絕對輻射量測系統,將接收的光輻射轉變熱,再運用因熱改變的電阻,偵測出光的輻射功率,進而計算出燭光的絕對標準。經過這個實驗室校正過的標準燈或標準光偵測器,就可以作為校正光強度量測儀器的標準。
絕對輻射量測系統: 光的強度要怎麼檢測?目前國際間以「燭光」為光強度單位,為確保各式光量測工具所測得的光強度均有一致標準,利用光輻射特性,以絕對輻射量測系統,將接收的光輻射轉變熱,再運用因熱改變的電阻,偵測出光的輻射功率,進而計算出燭光的絕對標準。經過這個實驗室校正過的標準燈或標準光偵測器,就可以作為校正光強度量測儀器的標準。
配光曲線量測系統: 由於LED是具有指向性的光源,像是用於道路或辦公室的燈,要盡可能減少照明範圍內亮度不均勻的問題。檢測系統會以自轉模式從不同角度進行光度量測,並經計算取得整體發光數據,作為裝置路燈或光源配置的參考。
配光曲線量測系統: 由於LED是具有指向性的光源,像是用於道路或辦公室的燈,要盡可能減少照明範圍內亮度不均勻的問題。檢測系統會以自轉模式從不同角度進行光度量測,並經計算取得整體發光數據,作為裝置路燈或光源配置的參考。(原文連結)

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全球競爭的利劍與盾牌
撰文/陳玉鳳

工研院今年以科技研發的能量與專利佈局的影響力,榮獲科睿唯安「2017全球百大創新機構獎」。
工研院今年以科技研發的能量與專利佈局的影響力,榮獲科睿唯安「2017全球百大創新機構獎」。

為搶占市場先機,立於不敗之地,企業近年來開始重視智慧財產權,作為保護自己、擊退對手的利器,智財權不再只是單純抵禦外敵入侵的城上磚,更是全球化趨勢下專利大戰的致勝法寶,可幫助台灣產業站穩市場地位,化危機為生機。 
 

維持競爭優勢 掌握談判籌碼 都靠專利


經濟部技術處處長羅達生表示,智財權已是衡量一個國家科技實力的指標,更是社會及產業發展的驅動力,因此政府持續投入資源,推動產業技術研發並強化全球專利布局。經濟部智慧財產局局長洪淑敏也以近期中美貿易戰為例指出,「從美國禁止企業出售零組件給中興通訊事件可看出,專利權不只是企業競爭的武器,甚至是國家之間的談判籌碼,台灣不可不重視。」 

專利不僅是企業競爭商場的談判籌碼,還能透過對國際大廠專利布局分析,掌握產業發展趨勢。羅達生說明:「企業在進行產品技術研發方向決策時,透過專利地圖分析,便可掌握國際大廠的專利布局,進而抓出整體產業發展趨勢;藉由審視研發專案執行與全球專利地圖的落差,進行滾動式修正,確保每一項研發資源都用在刀口上。」 

具體做法上,建立智財權標準作業程序(SOP)至關重要,然而全台僅不到100家企業於內部建立相關程序,「相對於包括中國大陸等許多國家愈來愈重視智財權布局,台灣就顯得不夠積極,這會是台灣業者競逐全球市場的一大隱憂,」科學園區同業公會秘書長張致遠說。他呼籲,台灣業者要建立正確的智財權觀念,「智財權是資產,花錢維護增加其價值絕對是必要的,此外,讓員工建立正確的智財觀念,也應是人力資源管理的應有程序。」 

構建完善智財環境 從正視IP做起


為求現行法規能切合產業需求,建構更完善的智財環境,近年政府在智財權上的重要措施包括:延長設計專利權期限,由原本的「自申請日起算12年屆滿」修正為「自申請日起算15年屆滿」;分割專利期限由30天延長為3個月;以及在新通過的「產業創新條例修正案」中,將智財保護政策列入第12條、第13條法條中,其中第12條並規定企業在獲得產創條例補助後,須確實執行智財布局等,以敦促具備創新實力的企業重視智財權。 

此外,智財局還訂定「專利舉發案件聽證作業方案」,將於今年挑選出10個案件進行兩造口頭審理,雙方可以針對特定事實進行完整陳述,讓專利舉發案件的審查能夠更加透明、公正及正確,當事人也能充分表達意見,以維護自身利益。種種措施,都是為了讓台灣中小企業正視智財布局,建構出完善的智財環境。洪淑敏進一步表示,「透過智財權布局分析,趨吉避凶找出產業在全球的利基點,台灣企業才有國際競爭力。」 

專利彈藥庫助攻 產業智權好夥伴


國內產業面對國際專利戰火頻仍,羅達生表示,科技專案研發法人是台灣業界的專利戰好夥伴。「工研院擁有豐沛的技術涵量及智慧財產,不僅可作為台灣企業的專利彈藥庫,於全球市場取得競爭優勢,更能發揮專利布局的影響力,協助廠商鞏固國際市場,」工研院協理段家瑞說。 

工研院以「專利高值化」為發展策略,至今已累積近2萬6,000多件專利,有效專利達1萬7,000多件,其中發明專利占98%。2017年美國獲證專利數達275件,平均每22位員工產出1件美國專利。工研院的專利創新能力及影響力亦獲得國際肯定,並榮膺科睿唯安(Clarivate Analytics)頒發「全球百大創新機構獎」的榮譽。 

近期成為媒體焦點的「台美掃地機器人大戰」-松騰實業與iRobot專利訴訟案,正見證了工研院結合研發實力與專利策略,協助產業對抗大廠專利攻勢的努力。 (閱讀全文)

全文摘錄《工業技術與資訊》月刊2018年7月號

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農業導入科技能量 讓生產精準化
撰文/鄒明珆

雪白犄角般的枝枒,在高濕微涼的空氣中散發初生的鮮甜氣息,溫室中的白舞菇朵朵盛開,宛如陸上珊瑚。這裡是台灣唯一不靠海的縣市,位於南投工研院中分院的「全環控智慧溫室系統」,為高附加價值農作抵擋燠熱暑氣,栽培出高山才有的珍貴菇蕈。


說到農業,老一輩人津津樂道台灣曾是香蕉、鳳梨、洋菇、蘆筍王國,農業曾經撐起台灣經濟的一片天,但近年農業面臨全球極端氣候加劇,以及從業人員高齡化、人力短缺等挑戰,亟需導入科技能量,引進智慧耕種思維以突破現狀。針對亞熱帶氣候所打造的「全環控智慧溫室系統」,不僅可免去天災威脅,還能精準控制生產環境,提升生產效率,讓農民不再靠天吃飯。 

「溫室技術是解決農業缺乏人力、易受氣候影響的方法之一,台灣早期多引進荷蘭、日本等溫寒帶國家的溫室技術,在系統設計上不適合位處亞熱帶的台灣,導致營運成本過高,無法形成產值效益,」工研院中分院溫室系統技術中心主任黃添富,分析過往溫室系統的問題。 

由工研院研發的全環控智慧溫室系統,針對台灣亞熱帶氣候特性打造兼具自動化、感測控制、光源、微環境、病源體檢測的溫室系統,可隨時監控作物光照強度、水質、空氣濕度等數據,使過往難以培育的高經濟價值作物得以量產,提高農業經濟價值。 
 

改良栽培方式 白舞菇質佳量增


工研院的全環控智慧溫室系統已成功運用在多種植栽作物案例,並可依據作物的不同特性進行客製化調整。以營養及經濟價值高的白舞菇為例,白舞菇具有抗癌、可增強免疫力的成分,但生長環境條件嚴苛,一般生長在海拔1,500公尺以上、溫度攝氏16度左右的高山,過往僅生長於中國大陸、日本山區,光是野生產量就十分稀少,想要大量生產更是一項挑戰。 

傳統栽培白舞菇因環境氣候調控不易,但凡菌絲在尚未形成足夠強壯的族群前,只要一點點環境變異,就會造成整個菌絲群壞死。加上目前業界僅能以太空包栽培方式出菇,而太空包栽培過程難以採用機械定位抓取,也造成接菌、搔菌的過程中需仰賴大量的人力。種種原因使得白舞菇產業化的難度相當高。 

導入工研院的全環控智慧溫室系統之後,不僅可精準調控溫度濕度,大大提高出菇率,採收良率超過90%,並改良原本傳統太空包栽培方式,研發出可用機械手臂定位抓取的新型栽培瓶,利於自動化生產,採收人力從百人大幅降低至40人左右,成功讓原本只能生長在寒帶山區的白舞菇,在亞熱帶地區美麗綻放。 

此外,為利於自動化生產,工研院特別針對白舞菇的生長特性開發出新型栽培瓶。研發過程中,除了要特別注意瓶子本身的長、寬、高比例外,硬度也要適合機器手臂抓取,黃添富說明,培育白舞菇的過程中,有一個重要的步驟即是去皮搔菌,此步驟是要給出菇前的白舞菇菌絲群適當的環境刺激,使之順利出菇,「如同蓮霧在生長過程中需要在枝幹基部環刻一圈,切斷營養輸送使蓮霧樹勢弱化,進而誘發其結果實、留後代的概念一樣。」 

新型栽培瓶的瓶蓋經過特殊設計,不僅能讓菇菌順利爬滿瓶身、降低走菌過程中受到其他菌種汙染的機率外,還能使去皮搔菌的過程更加流暢。「光是這個瓶蓋,我們就實驗了好幾次,」黃添富表示。 

而全環控系統中的「自動化溫室生長監控栽培系統」,可以透過感測器隨時監控溫室內溼度與氧氣濃度,不僅創造出符合白舞菇喜愛的生長環境,更能使每一朵白舞菇在出菇後的外型條件趨近一致,產量品質兼具,大幅提高產品的市場競爭力。 

溫室系統技術產業化 整廠輸出國際


根據行政院農委會「農業科技產業發展策略分析」調查顯示,國外菇蕈市場對於新鮮的異國菇種,尤其是像白舞菇這樣具有高經濟價值的亞洲菇種需求度高,但這些菇種皆尚未形成大規模商業生產,因此存在著未被滿足的市場缺口。工研院藉由全環控智慧溫室系統,以及改良栽培瓶的方式,克服氣候、環境等問題,成功在亞熱帶地區量產白舞菇,未來商機潛力無窮,將是台灣業者可以搶先掌握布局市場的切入點。 

全環控智慧溫室系統已累積不少成功案例,成功培育包括水耕蔬菜、草莓、藍莓等,搭配資通訊技術,一人可以監控8個栽植場地,產量提高了,人力卻減少了。目前工研院正積極與民間業者合作,進一步將系統技術產業化,協助農業轉型升級,創造更大商機。預計在2018年底將與德川農場、興富農公司衍生成立新創事業「優菇發公司」,導入白舞菇自動生產技術,預估促成投資達8,000萬元以上。 

對於全環控智慧溫室系統未來的發展,黃添富表示,將以產業化作為目標,在技術與成本效益間取得平衡,希望能達到每年2億以上溫室作物的外銷產值,「最終目標是以整廠輸出的方式,將台灣發展成熟的溫室系統技術向外輸出其他亞熱帶區域,創造更大的附加價值,形成新興產業區塊!」 

為利於自動化生產,工研院特別針對白舞菇的生長特性開發出新型栽培瓶,除了特別設計瓶子本身的長、寬、高比例外,硬度也要適合機器手臂抓取。
為利於自動化生產,工研院特別針對白舞菇的生長特性開發出新型栽培瓶,除了特別設計瓶子本身的長、寬、高比例外,硬度也要適合機器手臂抓取。
全環控智慧溫室系統VS傳統溫室栽培
全環控智慧溫室系統VS傳統溫室栽培

段家瑞/打造三大「農民有感」關鍵技術 以工輔農的台灣新農業願景


撰文/黃柏軒 
為協助台灣農業升級轉型,工研院將位於南投的中分院建置成以工輔農、農工合作的中心樞紐(Hub)。工研院協理兼中分院執行長段家瑞表示,「以工輔農」是新農業政策賦予工研院的目標,針對產業痛點,找出三大讓「農民有感」的突破點:包括發展高價值作物的「溫室」技術、與在地區域聚落結合的「田野」技術,以及加工技術「後製」農產品,解決產銷失衡問題。 

在溫室技術方面,段家瑞指出,因應台灣高溫高溼的氣候,工研院結合感測、溫控、環控技術,開發出節水、節能、高產值、智慧化,適合亞熱帶地區的「全環控智慧溫室系統」,在中分院打造示範亮點場域。這套系統在國內可加強區域原有農產、發展高經濟價值作物,現已成功栽植出溫帶草莓、白舞菇、藍莓等高價作物,並已導入資通訊科技,運用遠端管理,降低人力需求,解決農業缺工問題;針對國際市場則期望做到技術移轉、整廠輸出,帶來更高產值,目前已經打入國際市場將草莓溫室技術移轉到日本沖繩。 

在田野技術方面,推動智慧監控與生態材料的系統化技術整合、建立SOP,與農試機關的合作讓地方中小農穩定提升作物品質。如「生物炭官能基改質」與「土壤與田間植物健康管理」的軟硬體技術整合,讓屏東紅藜原鄉農民改用生態材料與節水保肥的標準作業程序,營造無毒友善的生產模式,不僅產量倍增也吸引大型指標食品廠的保價契作收購;其他如南投茭白筍、彰化溪湖葡萄,輔以開發出的LED植物生長光譜與特色燈具的應用,除增加農產品的機能性(如葡萄花青素),也大幅增加產量並省下可觀的光照電費。 

針對產銷失衡問題,則透過「後製」技術協助農產格外品(即市場賣相或賣價不佳但品質無虞的農產)轉換為高值化材料進行食品及化妝品的跨領域應用。例如將美濃水蓮格外品導入「常溫保色乾燥及粉末化」與「多重壓差萃取」等技術,為過剩農產品或格外品找到第二春。工研院將原料進行材料高值化的科技已經成功地應用在玉井芒果乾、花蓮白柚妝品、彰化鳳梨與荔枝風味水、屏東香花純露以及高單價的無毒特色茶樹精油等區域農產。 

近年年輕人回鄉務農的意願提升,段家瑞分析,年輕人較能接受新科技,也渴望發展有別於上一代「靠天吃飯」的模式,現在正是工業協助台灣農業升級轉型的黃金時機,台灣農業將煥發蓬勃生機。 (原文連結)

全文摘錄《工業技術與資訊》月刊2018年8月號

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膚質密碼一秒解讀

撰文/李洵穎

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「手持式膚質光學斷層掃描儀」以非侵入式的高階光學影像技術,即時呈現皮下斷層結構影像,堪稱國際醫美級光學掃描儀器創舉!

政府「5+2產業創新計畫」中,生醫產業是相當重要的區塊。工研院致力整合跨領域科技,引領高附加價值的生物醫學與醫療器材產業,提升台灣生醫產業競爭力。「手持式膚質光學斷層掃描儀」結合生醫與資電,策略性搶攻醫美、皮膚照護市場,為保養品功效提供科學實證、產品開發添助力。 

拿起小小的探頭,往臉上一照,下一秒就知道皮下的膠原蛋白含量,彷彿皮膚瞬間被看透!這是工研院所開發的「手持式膚質光學斷層掃描儀」(Handheld Skin Quality Tomography),以非侵入式的高階光學影像技術,即時呈現皮下斷層結構影像,堪稱國際醫美級光學掃描儀器創舉!

醫美級掃描檢測儀器 國際創舉

「手持式膚質光學斷層掃描儀」可提供即時、易操作、客觀的膚質檢測,也是第一個科學證明,能夠看到真皮層膠原蛋白含量的產品化手持式光學掃描系統,堪稱國際上皮膚檢測掃描儀器的創舉,因而入圍2018全球百大科技研發獎。 

工研院生醫與醫材研究所專案副組長張奇偉說,「手持式膚質光學斷層掃描儀」採用的是「光學同調斷層掃描技術」(Optical Coherence Tomography;OCT),這是一種非侵入式的高階光學影像技術,利用光線掃描,可以即時呈現皮膚組織的斷層結構影像,提供表皮與真皮層交界面皺褶程度、膠原蛋白密度、血管形態、毛囊狀況等膚質評估所需要的重要資訊,是目前醫美皮膚分析儀器無法做到的。 
張奇偉補充,和傳統掃描儀的差異在於,手持式膚質光學斷層掃描儀是新一代光學影像技術,能夠看到皮下2公釐(mm)的皮膚組織狀況,恰好是醫界與民眾最所關心的皮膚資訊所在。 

說起研發的緣由,張奇偉表示,4年前,原本希望將光學掃描儀應用於皮膚疾病診斷。不過,經過半年的研究,發現應用於疾病診斷的時機尚未成熟,反而是皮膚照護(Skin Care)市場大有可為。研調機構Chameleon Pharma Consluting統計,2017年全球化妝保養品市場產值達到2,920億美元,其中皮膚照護部分就占了整個市場的三分之一,近千億美元的商機,不可小覷。 

另一個策略的關鍵,在於皮膚照護產業缺乏科學證據驗證,張奇偉說:「市場搞不清楚哪些產品有效?我們剛好進去補這個缺口。」他認為,將光學掃描儀用於皮膚照護市場,「是一個非常完美的匹配」,因此將皮膚照護作為產品發展的階段性布局。 

然而,產品與市場匹配得再怎麼完美,研發初期難免卡關。張奇偉說,手持式膚質光學斷層掃描儀從得到穩定的影像,進而分析影像,再將結果與膚質、膚況連結作出精確解釋,牽涉到資訊電子和生物學跨領域整合。 

成功鏈結資電和生物跨域整合

整合不同領域的人並不容易,「光專業術語就不一樣,」張奇偉說,更傷腦筋的是,在建立膚質參數模型時,兩個不同背景的研發人員,對「生物個體差異」與「精準」的認知不同,「我們決定找醫師來作裁判。」 

張奇偉和研發團隊從研讀文獻開始,和醫師群合作進行動物實驗及人體臨床實驗。經過不斷討論與修正,終於打造出兼容生物差異與精準性的模型;同時也將文獻資料、實驗結果與專業知識,透過深度學習整合到儀器的判讀軟體內,讓檢測解讀更準確。 

另一個困難點在於如何讓產品輕量化、平價化。傳統光學斷層掃描儀大而笨重,要讓保養品業者、醫美診所買單,價格親民、單手好操作,才有吸引力。研發團隊和光譜儀公司合作,試著將大又貴的光譜儀縮小為手持式,只要一秒,就可以看到皮下結構,快速又方便。醫界人士也給予正面迴響,像是國衛院的皮膚病理學專家,即採用為皮膚老化研究的工具。 

張奇偉說,手持式膚質光學斷層掃描儀可提供業者作為保養品功效的科學證據,也能縮短新產品開發時間。他期待,未來研發團隊蒐集的數據愈來愈多、也越來越成熟、穩定時,手持式膚質光學斷層掃描儀將有機會成為膚質檢測領域的國際驗證標準。 

技術亮點:第一個科學證明能看到真皮層膠原蛋白含量的產品化手持式光學掃描系統,解密皮下膚質快又精準,提升保養品開發效率,減少動物實驗。

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工研院生醫所專案副組長張奇偉(右4)率領研發團隊,打造出第一個經由科學證明,可看到真皮層膠原蛋白含量的產品化手持式光學掃瞄系統。(原文連結)

全文摘錄《工業技術與資訊》月刊2018年10月號