無旋轉風扇散熱奇蹟 – Cooler Pioneer的散熱革命
 
2014/05/20
 
吳美枝 | 特約文字編輯
 
 
炎炎夏日,大賣場的廣告版面大量的被電扇與冷氣機所佔據。電扇轉動,會帶動氣流形成風,使人覺得涼爽;而冷氣機背後也需有散熱裝置才得以正常運作。這些產品都裝置有共同的特徵——旋轉風扇。然而,在臺灣大學機械系馬小康教授的眼中,旋轉風扇並不是「散熱」技術的唯一選擇。

一群科學家的狂想與挑戰 

事實上,生活中處處都可看到散熱用的「旋轉風扇」,例如冰箱、電腦、投影機、汽車等就都藏有各種尺寸的風扇。這些風扇雖然好用,卻有著惱人的缺陷:如明顯的噪音與堆積灰塵。因此,馬教授與數位年輕科學家包括劉俊麟、李亦嶒、吳志杰與廖紹凱等,共組研究團隊,重新思考「散熱」的其他可能方法。 

一開始,馬教授的團隊充滿了創意、狂想與熱情,只是各種資源卻嚴重缺乏。狹小的實驗空間裡,擺滿了各式手工製造的模型、自製模擬器材,而用來暫時小憩的摺疊小床就擺在牆角,一切宛如賈伯斯年輕時代的自家車庫一般,然而夢想也就在這樣的簡陋環境下,一點一滴慢慢開花結果。

他們的第一個目標是改善電腦裡的散熱風扇。這種小裝置存在於每台電腦中,而且極為重要,但是,旋轉風扇的體積、耗電與噪音,始終是個揮之不去的惱人問題。過去,美國Intel公司與普度大學都曾嘗試利用「壓電材料」的震動去製造氣流,期以取代旋轉風扇,最後都因耗電量太大與成本關係而作罷。馬教授卻認為這項研究應有再發展的空間。於是,他們集思廣益不斷嚐試,結合了「壓電效應」、「磁力效應」與「共振效應」三種原理,終而突破瓶頸,開發出新一代的「無旋轉風扇」的散熱方式。

馬教授團隊先建構了一排可自由擺動的三葉片裝置,居中那片使用「壓電材料」,兩側則放置帶有特定磁性的葉片。通電後,壓電效應促使中心葉片擺動,,而兩側的副葉片則因磁性「同性相斥」的原理隨之搖擺;最後再利用「共振原理」,找出最恰當的頻率,使整個系統能以最少的耗能,達到最大的擺動效果。這種快速搖擺的葉片恰如「搧扇子」般,能製造一股穩定氣流,以達到散熱目的,而幾乎「無噪音」與「無灰塵堆積困擾」的優勢,更是傳統旋轉風扇無法望其項背的。

經過漫長的反覆試驗,他們終於做出足以取代傳統散熱風扇的裝置。最重要的是,這個系統因為只使用一片壓電材料通電震動,其餘都是藉著物理原理來達到擺動,故耗能是過去類似方式的1/5左右,更是傳統旋轉風扇的2%~5%,這種「無旋轉風扇」式的散熱模式,無疑是新一代綠能Eco Breeze的明日之星。
 
實驗室外的挑戰

有了成功的初步結果後,馬教授團隊在因緣際會下,先後參加了由東元公司與宏基公司所主辦的大型創意競賽,都獲得非常亮眼的成績;接著,在科技部主辦的「創新創業激勵計劃競賽」中,他們也勇奪創業傑出獎的殊榮,不僅獲頒第一筆創業基金,更讓他們的研發結果得到各大企業的關注。

他們所研發的散熱裝置,成功解決了過去所面臨的困境,無論在科學研究與學術方面均獲得極豐碩的成果。如果這一切只需要在實驗室裡進行就可以的話,那就萬事OK了。但是,研究團隊卻不以此為滿足,而期盼能將這樣的成果與實驗室外的實際生活,做更密切的連結。

可是當走出實驗室的象牙塔外時,他們馬上就遇到了更大的挑戰:在實驗室裡,所有東西幾乎都處在一種「裸露狀態」,只要能滿足某些概念與想法,就可挪過來使用,不用去考慮成品的外觀與實際應用的問題。所以團隊成員們現在馬上要解決的,就是如何把裸露在外的電線與葉片,包裝為一個小巧完整的裝置,使能夠順利放進電腦,以取代傳統的旋轉風扇。

這些只有科學研究背景的年輕人,毫無業界產品設計的相關經驗,對於要設計可以模組化的產品,可說是前所未有的挑戰。馬教授不諱言:「產品設計開發的過程很緩慢,因為模組的設計都必須DIY;這種小型的實驗室或是小公司,是無法與專門製造的大公司相提並論的」。
 
在眾多大鯨魚當中求生存

除了產品模組化的設計與開發外,研究團隊還面臨了另一個非常困難的挑戰:即專利問題與商業談判。由於他們的研究成果,極具開創與應用性,因此,研究團隊在初期即意識到,未來若要實際應用到各項產品時,專利保護將是極為重要的一環。

但是,面對非常專業的「專利申請保護」,這些毫無法理背景的科學家,著實吃了許多苦頭。在無經驗與資金有限的情況下,他們無法聘請專業的法律人員來幫忙,致使最後技術的專利保護完整性並不夠,這也連帶影響到日後與其他公司合作商談的過程。

 馬教授苦笑說:「當我們這個種小公司,去和外面的大公司商談時,簡直是小蝦米對大鯨魚,光看聘請的律師團就可看出彼此仗勢種的巨大差距」。在專利保護不夠完整的情況,又無力聘用富有經驗的律師進行談判,他們與其他企業合作時確實面臨到極嚴峻的挑戰,畢竟業界總希望能儘量獲得最大的授權範圍,甚至是「唯一授權」。

 目前,馬教授團隊所找到的商業模式是:先配合廠商針對某些既有產品進行散熱改善,成功之後再進行量產,最後再討論產品授權的問題。而目前和他們合作的企業已有台達電子、英業達、飛利浦等公司。
 
馬教授的團隊,從一般的科學研究,一路轉變到創業小公司,他們經歷了各式各樣的挑戰,雖然前後期的遭遇差異極大,但是有許多經驗卻是一脈相承的。馬教授表示,想創業的人都有一些「豐富的想法」與「冒險家的精神」。而科學研究的啟始也都是一些「奇怪」的念頭,在經過無數縝密的實驗後,才能獲得豐厚的成果。馬教授的團隊正具有這樣的特質,他們的下一步是「可活動式的散熱鰭片」,預期他們可能再次顛覆傳統教科書上的知識與原理。

註1.:馬教授創業團隊參加科技部「創新創業激勵計畫競賽」於102年11月3日決選中勇奪創業傑出獎殊榮,並獲200萬創業獎金。

註2.:科技部推動「創新創業激勵計畫」之目的,在鼓勵我國年輕研究人員創業,引導高等教育研究機構建立創新創業文化,並營造研發成果或創意產業化的友善環境。該計畫每年舉辦兩梯次的創業團隊評選,每梯次遴選至多40個團隊,藉由系列課程與實作研習、國內及矽谷成功華人創業家與創投家擔任業師,並由國研院、3個科學工業園區管理局提供原型開發支援、技術試驗場域、資源轉介服務等,經過3階段的評選及決選、小額創業資金挹注,以及舉辦天使創投媒合會,協助團隊創業。
 
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