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無旋轉風扇散熱奇蹟 – Cooler Pioneer的散熱革命

103/05/20 13185

吳美枝｜《科學發展》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。

無旋轉風扇(1) 散熱裝置(3)

無旋轉風扇散熱奇蹟 – Cooler Pioneer的散熱革命

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