物理

2011紐倫堡發明展 台灣得獎作品展現在地特色

台灣在第63屆德國紐倫堡發明展(iENA)中獲得26面金牌、45面銀牌、11面銅牌及一項特別獎,總獎牌數居所有參賽國家之冠。

撰文/陳季
審稿/劉志鑫(公東高工研發組組長)、張宏榮(環球科技大學電子商務系助理教授)、薛明憲(台北城市科技大學機械工程學系助理教授)(依相關文章內容先後順序排列)

物理

2011紐倫堡發明展 台灣得獎作品展現在地特色

台灣在第63屆德國紐倫堡發明展(iENA)中獲得26面金牌、45面銀牌、11面銅牌及一項特別獎,總獎牌數居所有參賽國家之冠。

撰文/陳季
審稿/劉志鑫(公東高工研發組組長)、張宏榮(環球科技大學電子商務系助理教授)、薛明憲(台北城市科技大學機械工程學系助理教授)(依相關文章內容先後順序排列)

  身處地震、風災頻仍的台灣,「斷橋警示裝置」可以幫助人們在天災中迅速應變;水產加工是台灣不可或缺的傳統產業,「滾筒式魚類去鱗裝置」讓去除魚鱗像用洗衣機洗衣服一樣簡單;夏天被機車座墊「燙到」是許多機車騎士的共同夢魘,「冷熱雙溫機車座墊」解決了這項煩惱。發明常是為了解決生活中的問題,參加紐倫堡發明展的多項台灣發明,都充滿了「台灣特色」。


斷橋警示裝置


  台灣位於板塊交界帶,地質較為破碎,加上常有颱風、豪雨,易引發山崩、土石流,八八風災中雙園大橋斷裂是難忘的慘痛教訓。台東市公東高工學生張立昌、莊稼煊、游政龍、許閔傑、吳孟津因此研發出「斷橋警示裝置」,在紐倫堡發明展中贏得金牌。

  「斷橋警示裝置」可在橋樑開始錯動時就發出警示,警告附近的人、車「橋樑可能即將斷裂」,讓民眾可以立即疏散。傳統的橋樑警示裝置是用雷射或紅外線感測物體位移,在橋上分段裝上發射器及接受器,當橋樑正常時,接收器會持續接收發射器發出的光,而接收不到時,就表示橋樑發生位移或變形。另外有一些橋樑警示裝置會在橋上裝設水管,透過儀器感測水位的變化,若水位不正常就發出警告。

  公東高工學生的「斷橋警示裝置」一開始的設計也是使用雷射,在橋柱和其上的橋樑分別裝上雷射感測器和接收器,測量樑、柱之間是否發生錯動。但經測試後發現,雷射測量太過敏感,連車子經過產生的振動、飛鳥飛過甚至橋的熱脹冷縮,都可能誤觸警報,於是改為機械式開關。

  他們將「微動開關」安裝在橋樑龍骨的側面上,微動開關有一個接點和金屬簧片,連接橋墩底面,平常簧片壓住接點,只要橋面變形達到某程度,簧片就會彈起,與接點分離而啟動感測單元,傳送訊號至警報單元,啟動閃燈和警報聲。該裝置在每一節橋樑都設有獨立的警報單元及電瓶,即使橋樑斷裂也可持續發出警報。為了避免橋斷時將迴路扯斷而不及傳送警報訊號,平時電路是通電的,若電路不通,同樣會啟動警報。張立昌等人表示,2009年八八風災時他們受困高雄,看到道路、橋樑受到重創,便開始發想如何在橋樑斷裂之前警告民眾。「斷橋警示裝置」在地震、海嘯、土石流中都可發揮警示作用,減少民眾生命財產的損失。


「斷橋警示裝置」在紐倫堡發明展中奪冠。橋樑模型在錯動產生時,路中央的燈會閃爍,也會引發警報聲。(圖片來源:劉志鑫)



斷橋警示裝置的設計分別為:裝在橋的下方、龍骨與龍骨之間的警報模組、裝設於橋邊的發聲裝置以及路中央的警示燈與感測器。(圖片來源:劉志鑫)



「微動開關」安裝在橋樑龍骨的側面,開關的接點和金屬簧片連接橋墩底面,平時簧片壓住接點(如上圖),當橋樑錯動時,簧片會彈起,與接點分離而啟動感測器(如下圖)。(圖片來源:劉志鑫)



用「洗衣機」去除魚鱗


  從魚品加工廠也可以找到能獲得發明展金牌的構想?環球科技大學電子商務系助理教授張宏榮從小看著從事漁業的家人在去除魚鱗時,只能耗時費力地靠雙手用刮刀慢慢刮除魚鱗,於是發明了「滾筒式魚類去鱗裝置」,運用「洗衣機」的原理,加上水刀及魚鱗刮除片,每次可替總重100公斤的魚隻除鱗。


「滾筒式魚類去鱗裝置」已應用在魚品業加工上。(圖片來源:張宏榮)


  這部除鱗裝置的長、寬、高各為150公分。「洗魚」的滾筒設計成八角形,是因為魚在圓形的滾筒中容易絞在一起,不利於除鱗,就像衣服容易在洗衣機的圓形滾筒內糾結一樣;而八角形滾筒可讓魚在裡面翻滾,充份接觸魚鱗刮除片和水刀。

  滾筒內的魚鱗刮除片形狀不規則,作用如同鋼刷,可在魚體翻滾時充份除鱗。水刀則設計成從滾筒的中心軸朝周圍噴出,張宏榮形容「就像替魚洗SPA」,在沖掉魚鱗的同時,魚鱗也隨水排出滾筒外,減少魚身被魚鱗刮傷的機會,達到保護作用。這部裝置還有一個優點,就是從冷凍庫拿出來的魚也可以直接放進機器除鱗。一般人工除鱗需要將冷凍的魚灑水退冰以方便解凍除鱗,但此裝置內的水刀不斷噴出時,冷凍的魚即可直接解凍。

  滾筒式魚類去鱗裝置只要使用和一般洗衣機相近的水量,即可在5~7分鐘內100%除鱗,吳郭魚、鯛魚和虱目魚都可使用;且除鱗之後的魚眼不會泛紅、受傷,魚體不會受損。此外,刮下的魚鱗還可以收集起來供製作膠原蛋白或特殊的菜式加工。目前這部裝置除了在張宏榮兄長的魚品加工廠中使用之外,陸續也有其他廠商洽購。


滾筒式魚類去鱗裝置外觀與裝備。(圖片來源:張宏榮)



冬暖夏涼 貼心機車座墊設計


  冬天機車坐墊讓人覺得冷冰冰,夏天時經過太陽照射,又會燙得令人坐不住。台北城市科技大學機械工程學系助理教授薛明憲發明「冷熱雙溫機車座墊」,配合「致冷晶片」的運用,使機車座墊能夠根據使用者需要散熱或加溫。

  致冷晶片是一種特殊晶片,主要元件為半導體,只要電流通過半導體,就能使晶片的一面升溫(需搭配散熱裝置)、另一面降溫;這是由於電流在半導體不同接合端(失去或得到電子的電極)的傳遞方向,會造成不同的能量轉換效果,當電流方向相反時,冷、熱端也會互換。「冷熱雙溫機車座墊」可透過開關會改變電流方向,而選擇散熱或加熱功能,便能使晶片靠近機車座墊的那面有不同冷熱效果。薛明憲舉例,有一陣子曾在火鍋店流行「冰淇淋鍋」,火鍋吃完後變成可以製冰的鍋子,就是利用相同的原理。

  經過實驗,致冷晶片降溫的一面可以在1分鐘內從25℃降至10℃,即使因椅墊材質為熱傳導較慢的塑膠,也可在1~5分鐘達到同樣的降溫效果。加熱的速度更快,在1~2分鐘內就可以加熱至50℃,最高溫度可在設計時設定,若是溫度超過設定值,斷電裝置便會讓座墊不致過冷或過熱。由於致冷晶片需要的電流較大,電源設計為機車起動後,利用車子本身的電力進行加熱和降溫。致冷晶片雖非創新技術,但運用在機車座墊上,可說是體貼機車騎士的創舉。

  除致冷晶片之外,薛明憲還在機車後座設計了一個結合太陽能板與風扇的靠背板,機車停放路旁時可放下靠背板,藉由靠背板上的太陽能板吸收太陽能以驅動風扇直接幫座墊散熱,同樣能保持座墊涼爽;騎乘時則可將靠背板立起,做為後座椅背,需要時也能邊騎車邊吹電風扇;機車行李箱內設計有散熱抽風風扇,不只能保持行李箱內通風、除濕,也將座墊表面因太陽照射所吸收的熱能排出;座墊背面還設置了紫外線LED殺菌光燈,利用紫外線照射行李箱,經測試,6分鐘內就能降低行李箱81%的細菌量,達到殺菌、除臭效果,改善行李箱內衛生。

  雖然這整套裝置相當多元,但總重量卻不超過一公斤,相當輕便,目前已與廠商洽談合作量產事宜。


風扇位於紅色靠背之後,風扇背面還裝有太陽能板,白天將靠背下折蓋在機車座墊上時,風扇背面的太陽能板可吸收太陽能,驅動風扇散熱;座墊背面的散熱抽風風扇,可保持行李箱通風、除濕;紫外線LED殺菌光燈可殺菌、除臭。(圖片來源:薛明憲)





延伸閱讀

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〈建築的吸震裝置〉,菲謝蒂(Mark Fischett))撰文,《科學人》2004年11月號

〈快速進行建築健康檢查〉,蔡宙(Charles Q. Choi)撰文,《科學人》2011年11月號

〈轉出烹飪新花樣〉,吉布斯(W. Wayt Gibbs)、米佛德(Nathan Myhrvold)撰文,《科學人》2011年4月號

〈科技如何改變我們的飲食?〉,李尚仁撰文,《科學人》2002年11月號

〈追求冷卻的極限〉,韓殿君撰文,《科學人》2011年5月號

《重要橋樑搶修及臨時橋樑(含預警系統)施工技術手冊》,林主潔等著,交通部秘書室出版

《菜市場魚圖鑑》,賴春福、吳佳瑞著,潘智敏攝影,天下文化出版

《微處理機/單晶片組合語言教學範本》,陳正義、李建華著,碁峰出版