聊聊科學人

環環相扣的機械人生

顏鴻森

撰文/吳文正、攝影/王竹君

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環環相扣的機械人生

顏鴻森

撰文/吳文正、攝影/王竹君


在成功大學機械工程館五樓的辦公室,顏鴻森教授為我點開電腦中的一部影片,影片開頭先是一段動畫,介紹諸葛連弩各個部件。這件武器相傳由諸葛亮發明,歷來文獻多有記載,可惜沒有真品傳世,顏鴻森把這種古機械歸類為「有憑無據」。


動畫中的諸葛連弩形似十字弓,中央機架上另有裝弩箭的箭匣以及鐵製輸入桿。藉由輸入桿一推一拉,從拉弓到發射一氣呵成,一支支弩箭順暢射出。不過這時畫面一轉,改由示範人員操作一具復原的諸葛連弩,弩箭快速、幾乎不間斷地射向保麗龍標靶,規律的機械作動、箭簇破風與打入靶心的聲響,聲聲震耳,如果在古戰場親見弩箭一排排呼嘯而來,必定令人十分恐懼。


顏鴻森是機械工程領域的知名學者,他利用自創的「創意性機構設計」法復原許多中國古代機械,例如水運儀、諸葛連弩與地動儀。研究著作等身的他也撰寫英文教科書,聊到這段經驗,他笑道:「寫教科書會減壽啦!因為每本書都是10幾年經驗的累積。」除了機械專業,顏鴻森對中國古代鎖具的愛好與研究也遠近馳名,不僅出了專書、辦了展覽,甚至還常幫忙解鎖。


這時顏鴻森繼續打開他的資料寶庫,我就在這個五月初的午後跟著顏鴻森穿梭在古代以及近代台灣,看著一部部模擬古代場景的動畫、聽著他說如何靈機一動開始復原中國古機械的故事,甚至是因緣際會擔任博物館館長的「意外」。


與機械結緣


「我一開始就打定主意念理工。」顏鴻森回憶到,當時他在同樣需要物理與數學的土木系及機械系之間選擇,「土木與機械剛好相反,土木工程師最怕自己建造出來的東西會動,機械工程師打造的成品如果不會動就糟了。」顏鴻森覺得動比不動有趣,於是毅然決然選擇就讀成大機械系。


在成大時,顏鴻森對學習如何讓機械動起來的機構學很感興趣,也成為日後持續研究機構設計的起點。畢業時,因為在當兵前有三個月空檔,顏鴻森前往正新橡膠工作。有一次負責改裝腳踏車外胎的包裝機,他回想起這段往事時乾笑了兩聲:「不要說改裝,我連分析機器的運動模式都不會。」在學校時號稱專攻機構設計的他遭遇了相當大的打擊。


顏鴻森後來才了解,大學部教的機構學只分析既有的平面機構,不僅無法應用於空間機構,也難以改良設計與創新。當時台灣的機械研究所少有老師專職機構設計,他便決心前往國外深造。在美國肯塔基大學機械研究所就讀期間,顏鴻森從當時專職IBM並參與設計電動打字機的指導教授陶德昌(D. C. Tao)學習到許多實務經驗。碩士班畢業後顏鴻森前往普渡大學攻讀博士班,僅花一年半就完成論文;當他把所有課程修完時,在俄文課結束後甚至放鞭炮慶祝,但那時正值美國駐伊朗大使館被佔據而發生人質危機,因此被校警訊問了好久。


顏鴻森取得博士後原本打算回台灣業界工作,但當時也在普渡大學進修的成大機械系老師楊世賢建議他回大學任教,一方面尋找適合的公司,也可以把難得的機構設計經驗分享給學生。於是,顏鴻森決定返回成大機械系任職,回台後也參與戰機起落架及機車懸吊裝置的設計,並且把這些經驗融入他的教學、研究與專書中。


無中生有古機械


然而,顏鴻森在1990年初整理歷年研究資料時突然想到,雖然當時已經累積發表200多篇論文,但是生涯目標就是發表更多論文嗎?他說:「生命週期較短的工程產品就是高科技,很快就會落伍、被取代。」縱使發表再多論文,但能持續影響後人的可能不多,顏鴻森認為,比較禁得起時間考驗的還是人文科學。


但是該跨入哪門領域呢?顏鴻森自認不可能從頭去研究人文。正巧,他當年秋天去中國大陸訪問講學,與中國科學院自然科學史研究所的同仁交流切磋,對中國科技史脈絡有了初步認識。並且在閱讀多本著作後他了解到,中國古代有各式各樣的機械、裝置或器具,既然自己專業是機構設計,便決定從具有機構功能的古機械著手。


不過,這不是顏鴻森與古機械第一次邂逅。「我這個人比較念舊。」顏鴻森說,他考進成大機械系時,認為必須了解中國古機械,因此閱讀了《墨經》等古代技術典籍,卻因為古文難以理解、不得其門而入。在美國時,顏鴻森於圖書館讀到科技史書籍,書中提到風箏或是計時裝置時也會講述中國機械,而且白話英文比起文言文好讀。他反而從國外文獻回頭認識中國古機械,但這些都只是片斷的知識,難以有系統地了解,更遑論做研究。


一開始找復原主題時,顏鴻森選擇了古代步行機器,例如記載於《三國志》的木牛流馬,以及東漢《論衡》描述由魯班製作的木車馬,但因為只有文字描述,歷來對它們的外型與作動機制一直有爭論。傳統上,古機械復原多半仰賴研究者的個人經驗,或是天外飛來的靈感,難以持續針對不同主題有系統地提出設計。顏鴻森說:「我提出了一套創意性機構設計法,可以一口氣把所有可能的設計都找出來。」(參見右頁〈創意性機構設計法〉)。


因此,顏鴻森復原失傳古機械的原則,是先研究文獻並參考現有學說,歸納了解古機械的設計規範與限制。他當初研究木牛流馬時發現至少有五派學說,有人說是獨輪車,也有人說有四隻腳;他接著根據當時的技術水準(例如機械部件與接頭的種類)研究此機械的可能外型與作動機制,再應用創意性機構設計法系統化提出所有可能的設計,由此無中生有,「創造」出失傳古機械。如果有其他文獻考證或是實物出土,就能進一步縮小研究範圍,逼近原始的設計。

顏鴻森回憶,最難的不是計算,而是文獻蒐集和閱讀。例如復原地動儀,學生就必須把古代關於地震的學理和文獻搞清楚,還必須去修地震學。復原古希臘天文儀器安提基瑟拉儀時,就必須了解當時的天文學。

談到接下來還想復原什麼,顏鴻森說,之前以失傳古機械為主,都是文獻中有記載但無真品傳世,現在正進行有憑有據的古代自動演奏機械研究。例如清朝乾隆皇帝命令工匠打造的荷花缸鐘,在特定時間荷花會開、鴨子會划水、還有人偶翩翩起舞,但因為現存北京故宮,不便拆開研究。顏鴻森希望藉由他的方法提出可能的內部機構,更深入了解荷花缸鐘如何定時而動。

從蒐藏古鎖到博物館館長

顏鴻森對古物與機構的愛好,影響了他著名的古鎖蒐藏與研究。當年在美國受到指導教授鍾愛蒐藏的影響,自己也希望以器物蒐藏做為嗜好。後來於1980年代在台北街頭散步時,瞥見地攤上的中國古銅鎖才展開笑顏,就此開啟往後數十年的古鎖蒐藏之路。

但是顏鴻森不僅止於蒐藏,他特地拿出幾副仍收藏於身邊的古鎖,大小、外形、紋飾各異其趣,有的形似烏龜或魚,有的是鑰匙鎖,也有轉動密碼的組合鎖。顏鴻森特地拿起其中一把不特別出色的銅鎖說:「因為它,我才覺得古鎖的構造的確有很多學問,並開始認真研究,最後還寫成世界第一本古鎖專書。」他在上海買到這把鎖時,光怎麼開鎖就嘗試很久,八歲的兒子卻一試就成。原來,只要鑰匙一開始的位置對了,剩下的步驟就水到渠成。

蒐藏與研究古鎖的經驗也讓顏鴻森先後成為位於高雄的科學工藝博物館以及2007年成立的成大博物館館長。顏鴻森笑著說道:「如果小時候讓我寫志願,寫100個也不會寫到博物館館長!」因此他特地去請教世界宗教博物館館長漢寶德該如何經營一間博物館。本來預計聊兩個多小時,結果不到半個小時,漢寶德看了看顏鴻森帶來的鎖具專書說:「你自己有蒐藏與研究的經驗,這就夠了。」

顏鴻森認為,不論是復原古機械的工程學者,或是蒐藏古鎖與擔任博物館館長,這些經驗其實就像開鎖一樣,方向與切入角度都不同,但只要找到位置,每一步都環環相扣。

當天傍晚結束了意猶未盡的訪談,正要踏出成大自強校區時,我回頭望見在草坪上鎮守校園的兩尊鋼鐵門神,現代藝術的雕塑風格非常顯眼,把創新概念融入傳統之中,也正好呼應了這次主角顏鴻森的機械人生。


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