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臺灣製造,球型馬達上太空-從Maker 到Market 高中創客實現太空夢想

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文/朱乙真 攝影/黃鼎翔

在太空世界裡,「重量」代表巨額經費,每發射一公斤衛星,就要花費300萬新臺幣。雖然衛星越做越小,但裝在衛星中的馬達卻有體積、重量無法突破的限制,「輕巧的馬達」成為全球衛星營運商不斷追尋的關鍵組件。

2018年,兩位高中生,決定不紙上談兵,而是在靈活運用課本上認識的定律之後,做出了讓大人們都驚豔的「Spherical Motor 球型馬達」。

預計-2021-年-6-月,張量科技的球型馬達控制系統將和-SpaceX-合作夥伴、波蘭衛星商-SatRevolution-一起搭著-SpaceX-發射火箭上太空驗證。

場景從太空回到臺灣。幾位平均年齡只有20歲的年輕人成立了「張量科技」,為了就是要提出製造「輕巧的馬達」的解決方案。

2021 年3 月初的一個尋常周間上午,張量科技的技術長李尚融利用臺大電機系課間空檔趕回工作室,和執行長顏伯勳、營運長張永承各據一方,為準備寄到歐洲的第8 代球型馬達進行最後測試。這顆球型馬達抵達歐洲後,即將在2021 年6 月被安置在一顆波蘭微型衛星,打上太空進行飛行驗證。

一支影片的啟發,高中Maker自學研究球型馬達

全球最大創客嘉年華(Maker Faire) 創辦人Dale Dougherty 將Maker 分為三種,其中第三種「Maker to Market」不只是為了興趣、享受創作過程,更是希望將作品產品化、商業化,進入市場的創業型創客(Startup)。顏伯勳、李尚融和張量科技的夥伴們,就是「從Maker 到Market」的創業型創客。

他們都是嘉義協同中學的同學,都喜歡動手做。其中,顏伯勳和李尚融從國中就一起參加「FIRST機器人競賽」,顏伯勳負責硬體設計製作,李尚融負責軟體和自動控制。從那時開始,兩個人一起解過無數個課本沒教的難題,也培養出絕佳合作默契。

2016 年,正在念高一的顏伯勳和李尚融看到固特異輪胎橡膠公司發布的球型輪胎概念動畫影片,影片中車子的輪胎不再有輪軸,輪胎本身有動力驅動車體,輪胎還能360 度旋轉,使汽車行駛方向不受限制。

從2016年、李尚融 (左)、顏伯勳 (右) 在內 4 位同學,從高一時開始研究算起,歷經5年多,張量科技的球型馬達產品已進入第8代。

 

這支影片就如同金鑰般,開啟了兩人對球型馬達研究的瘋狂熱愛,顏伯勳甚至說服家人支持他跳脫傳統教育體制,在高一休學、高二申請自學計畫,全心投入球型馬達。李尚融則是一邊背著升學壓力,一邊利用課餘時間和顏伯勳繼續實現做出360度旋轉球型馬達的夢想。

和國中時一樣,顏伯勳負責硬體、李尚融專攻軟體,還有負責機械電路整合的侯淞喨、負責馬達結構模擬分析的張永承,加上另外兩位同學,幾個15 ~ 17 歲的高中生組成Spherical Motion 團隊,進駐勞動部勞動力發展署雲嘉南分署的南方創客基地,運用機械加工及數位自造設備,以2 年的時間開發球型馬達。

球型馬達Intel ISEF表現亮眼,從Maker到Market

2018 年,顏伯勳、李尚融代表團隊,帶著球型馬達赴美參加有全球青少年科學競賽世界盃、諾貝爾獎搖籃之稱的英特爾國際科技展覽會(Intel ISEF),從來自81 國暨美國50 州1792 位參賽高中生中,拿下機械工程二等獎。

顏伯勳、李尚融在高中時期,即曾帶著球型馬達赴美參加英特爾國際科技展覽會(Intel-ISEF),拿下機械工程二等獎。

 

當時臺灣媒體問到這兩位因為拿下Intel 二等獎,可以直接保送國立大學的大男孩的夢想時,兩人不約而同表示:「團隊將會繼續球型馬達的改良研究。」「研究必須有所貢獻,才稱得上是『好的研究』。」事隔多年,顏伯勳透露他那時遇到一位爺爺跟他說了這段話,給當時整天窩在研究室、廢寢忘食鑽研球型馬達的他很大啟發,之後就朝著「球型馬達有朝一日能走入人類的真實生活,而不只是放在科學展覽會場的展示品」的目標前進。

他們那時找了包括電動車、機械手臂、無人機等許多應用場域,後來在團隊成員參與一項,由指導老師成功大學謝旻甫協助國家太空中心開發的衛星用單軸反應輪馬達開發案中,發現太空領域正在努力尋求突破衛星體積、重量的物理限制,「球型馬達的優勢不正是如此嗎?」他們終於找到方向「研發更輕型的馬達,讓衛星執行太空任務時更有效率。」讓團隊全力衝刺的目標更加清晰。

2019 年是Spherical Motion 團隊從Maker 走向Market 的「創業年」,這年年初,團隊以第3 代球型馬達得到勞動部「百萬創客擂臺競賽」最佳創客創意獎。同年4 月,科技部和國外加速器及育成中心合作的「預見新創計畫」(Vision Program),把Spherical Motion 團隊送到美國矽谷參展,和當地的新創交流。這是顏伯勳、李尚融第二次帶著球型馬達到美國,心情卻完全不一樣。

李尚融回憶,參加Intel ISEF 時對全球同年紀高中生正在做的科展大開眼界,相隔一年被送到矽谷的500 Startups 加速器,向新創公司觀摩、取經,對當時還是毛頭小子的他們來說猶如一場震撼教育。他笑著說:「國外新創好多瘋狂點子,我們在臺灣都太保守了,去看一看才知道,哇!這樣也可以創業、那樣也可以賺錢。」

團隊繼續挺進,2019 年底在科技部FITI 創新創業激勵計畫拿到一等獎,200 萬的獎金成了他們第1筆創業基金。在FITI 頒獎典禮上,他們宣布以數學上的「張量」(Tensor)為名,成立新創公司張量科技(Tensor Tech),不但是臺灣第1 家衛星系統公司,也是全球5 家製作衛星系統公司之一。

張量科技球型馬達,實現衛星微型化

「我們研發的球型馬達,是想為衛星微型化拼上最後一塊拼圖。」顏伯勳解釋,一般的馬達是由圓筒狀的定子與圓柱狀的轉子組成,只能繞著同個方向做旋轉;而球型馬達是由圓球狀的轉子與定子組成,中間的轉子可以繞著X 軸轉、繞著Y 軸轉、繞著Z 軸轉,團隊稱之為「擁有三個自由度的馬達」。

「這樣的球型馬達,是衛星的姿態控制系統(Attitude Control)的最佳選擇。」李尚融說,因為一顆衛星通常會用到三顆馬達,分別朝X、Y、Z軸三個方向旋轉產生機械能,而球型馬達一次就能在三軸上旋轉的,所以一顆衛星只需要裝上一顆馬達就好,立刻減輕衛星上馬達2/3 的重量和耗電量。對商業用途的微型衛星來說,突破了物理限制,成本大幅降低,就更能成就太空商業化。

研發更輕型的馬達,讓衛星執行太空任務時更有效率,是張量科技團隊全力衝刺的目標。

 

目前,微型馬達已經進入第8 代,並在讓馬達多軸旋轉的磁場設計和運算上得到專利。張量科技的客戶中,6 成是銷售衛星的衛星營運商,3 成是學術單位,另外1 成是政府機關。不過顏伯勳坦言,絕大部分的客戶都不在臺灣,主要以歐、美為主,印度、日本也有。

利基市場Startup的挑戰,打進產業生態鏈

投入高風險、高毛利、數量少的利基市場(小眾市場),抓住商用衛星的發展趨勢,張量科技前景看好,創業一年多以來吸引不少創投關注,現在已經進入種子輪募資,臺灣也有不少企業主對張量科技寄予厚望,目前公司資本額為新臺幣1,350萬元。

不過他們也很清楚,如何將產品打進產業生態鏈將是下個階段要面對的挑戰。顏伯勳說,他們不放過參加國內外太空相關展覽的機會,也在國外網站將太空相關零件上架銷售,都是為了要增加能見度。

從在實驗室動手做的高中Maker,成為年輕的「新創創業家」,顏伯勳、李尚融對於未來,愈來愈有想法:「希望人類能成為interplanetary species(跨星際物種)。」他們認為,人類早就具備在多個星系、多個星球上生存的科技,只是因為沒有足夠的資本支持太空研究、開發。要達成這個目標,最好的方法就是讓太空產業成為「人類最賺錢的行業」,吸引資本家投資,「張量科技的價值就是幫助客戶省下更多錢,願意做更多投資。希望我們在人類移居其他星球的夢想中,也占有一個重要位置。」他們始終沒有忘記那個走出實驗室,要對人類有貢獻的青春初心。

文章來源:勞動力發展數位服務平台 https://portal.wda.gov.tw/resource/type/0/group/10002400/p_group/10002233

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vMaker編輯部

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