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創意加值:綠色科技與橘色關懷的圓夢
借助創新思維,以跨領域的團隊合作方式,一圓自給式太陽能海水淡化淋浴平臺的綠色科技,以及調整式水療浮力衣的橘色人文關懷的夢想。
 
 
 
人類因夢想而偉大,創意與想像的思維則是啟動夢想的鑰匙。每個人都可以自由奔放地展開創意想像,但是實現夢想,只有單純的創意是不夠的。

筆者有機會參與了國科會(現今的科技部)兩屆的跨領域創意加值計畫;第一屆,以關注環境永續性的「綠色科技」為主題,第二屆為因應人口逐漸高齡化與社會福祉關懷的議題,加入了「橘色科技」的產品設計提案。

由於筆者平日對於全球的經濟、人文與科技發展的趨勢,以及當前社會的議題多有關注,因此嘗試提出一些創新概念的設計方案,但也只能停留在概念的階段。若要實現這些概念,除了需要時間、資金外,還需要不同專業領域的專家合作,尤其是工程技術及行銷管理領域,夢想才有機會實現。

透過跨領域創意加值推動計畫辦公室的協助,這計畫得以找尋與媒合不同專業領域的專家,藉由跨領域團隊的合作逐步讓夢想實現。

海水結合太陽能

地球擁有豐沛的水源,卻只有不到3% 是淡水。在全球對於淡水的需求與日俱增下,可直接使用的淡水資源,如河川、湖泊、地下水等卻日見枯竭,目前全球每人每年水的平均供給量比25年前少了近三分之一。可以預見,未來人口的增加以及經濟活動的發展,會使許多國家陷入更嚴重的缺水困境。

臺灣是個海島國家,四周環繞著豐沛的水資源,每年盛夏季節,海邊成為遊客的最愛。在海邊玩水後上岸就需淋浴,因海水的鹽類乾燥後會留在皮膚上,使身體產生搔癢的感覺。這時若能結合海水資源及臺灣盛夏時節充沛的日照,把海水和太陽能轉換成可使用的資源,就能為永續地球盡一份心力。

在綠色永續發展的前提,以及節能減碳的概念下,筆者帶領著由設計、工程技術和行銷管理3個不同領域的成員組成跨領域團隊,以「陽光綠洲 ─ 自給式太陽能海水淡化淋浴系統」為主題,整合太陽能光電技術與去離子水處理技術,以自給自足及低成本的海水淡化模式,針對全球各地海水浴場、海邊渡假村或離島的淡水淋浴需求,發展出獨立自給式的淋浴系統,期以減少電力與水資源的消耗。同時針對未來可預見的高需求量,希冀發展成具經濟規模的科技整合綠能商機。

跨領域創意加值

計畫的構想是以「栽種」的方式,把太陽能海水淡化的抽水系統及儲水槽埋入沙灘,露在沙灘上的淋浴平臺則設計成海鷗意象,並整合了電容去離子過濾系統、淋浴系統及太陽能轉換系統。透過吸收海邊豐沛的陽光,使太陽能板產生的電能驅動馬達幫浦抽取沙灘下源源不絕的海水,再經由電容去離子技術的過濾系統達到海水初級淡化並儲存在儲水槽裡,隨時提供海邊戲水遊客淋浴用。

整個創意提案一開始在文獻的探討與先期測試評估時,都顯示可行性甚高,且經過多次的實驗,淋浴系統及太陽能轉換方面也確實進行順利,但在製作原型時卻遇到了瓶頸。

關鍵技術之一的電容去離子過濾技術,也就是去除溶在海水中的鹽類離子的技術,在實際測試時,去離子的效果並未能達到理想的數值。由於這計畫採用流過式電容器,其效率取決於內部平行電極板的金屬材料及活性碳塗層,搭配在兩極間施加一個低直流電壓約1~5伏特後,就能產生吸附離子的靜電場,而電極板長度與電壓的匹配會影響離子吸附的效率,這牽涉到電極板的製作技術。若能有更多的時間與經費進行更多的測試和實驗,電容去離子技術應能達到理想的效果。

雖然這個原型製作計畫只成功了一半,但是看到夢想一步一步地實現,對於創作者而言是最大的鼓勵。而且過程中原本可能一輩子都不會有交集的各領域成員,有機會了解別人的專業,開啟了不同的視野和思考,是這次計畫最大的收穫。

跨領域的團隊合作

由於這個概念是從設計創意開始,設計團隊提出了整體系統的運作構想、核心功能與特徵需求,需要整合「太陽能發電」和「海水淡化」兩大技術領域。系統整合是最大的挑戰,尤其是不同領域的成員需要一起工作,要做出一個原型,因此成員之間的溝通就占了相當多的時間。

筆者的專長是設計,對於相關的技術雖然略有了解,但是要實際應用卻不見得能勝任,因此提出的設計規格常常得到工程技術團隊「無法達成」的回應。這個困擾反應了一個事實,就是跨領域團隊要有「共同的語言」,尤其是各領域的專業術語很可能是其他成員的入門障礙,如何建立知識的交流與彼此良好溝通的模式應是第一要務。另外,專家學者的自我意識通常都很高,尤其對自己的專業更是有所執著,因此每個人必須有開放的心胸,傾聽接納其他成員的想法。

橘色科技

為因應人口逐漸高齡化與社會福祉關懷的議題,這計畫在第二屆的跨領域創意加值計畫中,加入了「橘色科技」概念的設計提案。

據筆者長期觀察,弱勢族群在復健過程中亟需仰賴輔具,但是這些輔具不是昂貴的進口商品,就是非常陽春與粗糙的自製產品。因此筆者最大的心願就是:發揮設計人的社會責任,設計開發出既實用也美觀,價格更是實惠的復健輔具,以造福這些弱勢的族群。

筆者曾在2005年時參訪一所早療中心,看到一群腦性麻痺的小孩們(俗稱腦麻兒)正在努力地學習生活自理技能,但他們使用的卻只是一般木工師傅製作的簡易輔具,心酸之餘當下燃起一股「我能做些什麼」的念頭。經深入了解後發現,水療復健是目前最適合腦性麻痺兒童復健的治療法,尤其對早期治療更是重要,就這樣筆者一頭栽進腦麻兒的早期治療輔具設計的世界中。

漫長的復健之路

所謂的水療,是在水中進行復健運動的治療法,其原理是藉由水的浮力、阻力等物理特性,對身體提供良好的支持與保護以應用在復健治療上。簡單來說,在水中運動時,水的浮力可以減輕身體重量的負荷,並減少對關節、肌肉與結締組織的壓迫程度,讓肢體活動變得容易。另一方面,水的阻力可以給予肌肉適當的肌力訓練,增強肌肉的力量。

此外,在水中地心引力的牽制較低,不容易誘發不正常的副作用,而且適當的水溫也能降低不正常的肌肉張力,因此水療已經普遍應用在肢體障礙者的復健上。對於腦性麻痺的病童來說,由於其日常行動經常發生肌肉張力過高或不正常反射,導致行走不便、動作遲緩,長期下來也會引起肌肉萎縮的症狀。

水療復健是利用小孩愛玩水的天性,讓病童在水中學習如何保持站立、平衡,進而控制身體行動。另外可利用玩具等器材,誘導病童做出一些在陸地上難以完成的動作,例如抬頭、舉手、彎腿,以及踏水、划水等,藉以改善行動不便的狀況。不過這並非僅接受一、兩次治療就可以畢其功效,對病童及家長而言,這其實是一個長期且艱辛的復健過程。

現有水療輔具功能不足

在臺北振興醫院武而謨物理治療師協助進行腦性麻痺兒童水療時,筆者發現腦性麻痺兒童對於早期治療所使用的浮力衣輔具有強烈的需求。這是因為在水療時,藉由浮力衣的幫助可以降低病童在初接觸水時的緊張感。此外,腦性麻痺患者因肌肉萎縮導致肢體伸展不易,難以在水中控制其肢體動作,穿著浮力衣可有效幫助復健者安心地漂浮在水池中。使用浮力衣也可以讓照顧者或家長更輕鬆地全心協助病童復健,不虞會有溺水的危險。

然而,現有市售的浮力衣僅是一般的救生衣或是充氣式的戲水性浮力衣,在設計上並未考量到水療復健者。若以這類救生衣充作水療用途,會有兩大缺失。首先,救生衣是為一般大眾穿著方便所設計的,因此多半採用背心形式。但這對於肢體障礙者相當不便,除了需要他人的協助外,若勉強換裝更會造成疼痛與不適,這一困難對於肢體萎縮較嚴重且長時間坐輪椅的腦麻兒尤甚。

其次,一般救生衣的浮力都採用固定式設計,浮力均勻但不能調整,難以根據個別復健者的需求及水療進度改變浮力的高低。又因腦性麻痺或肌肉萎縮患者的肢體通常較一般人瘦小,這類無法調整浮力的設計也會降低水療的效果。更糟的是因為肢體不協調,使用浮力均勻的救生衣反而更難在水中保持穩定與平衡。

復健路上「浮」你一把

為了研發一套適合腦性麻痺或肌肉萎縮兒童的水療浮力衣,筆者了解到在涉及專業功能的產品時,不能只由設計人的角度出發,因此結合了臺北振興醫院復健部的武而謨物理治療師,以及臺南奇美醫院復健科的王鈺霖醫師,從復健醫學的觀點提供設計建議。另外也邀請服飾設計打版與行銷企劃專長的師生共同組成這計畫的團隊,以因應浮力衣版型的設計打版裁剪,以及未來產品的行銷規畫。

這計畫的原始創意概念「調整式水療浮力衣」,就是結合產品設計及復健醫學兩項核心技術,透過系統整合及整體產品設計,以「無痛苦與障礙使用」的人文關懷概念呈現橘色科技整合。

具體而言,可調整式浮力衣有兩大優勢。第一是易穿脫,如前所述,水療並沒有專屬的輔具可供利用,這對於肢體萎縮或腦性麻痺兒童而言,在穿脫上十分不便利,也增加照顧的難度。因此可調整式浮力衣的創新在於採用由上而下的穿脫設計,除了可當普通泳衣使用外,也可當浮力衣使用,方便腦性麻痺兒童更快速而舒適地著裝。

水療浮力衣的另一個優點是有可調整的浮力元件,讓使用者可以藉由增減16個放置在衣服口袋內的浮塊調整浮力。這使腦性麻痺兒童可以依照各自的肢體障礙程度,或個別的運動功能回復程度等實際需求而增減浮力,以做到充分的肌肉伸展,達成更佳的復健效果。

回憶在研發過程中,筆者印象最深刻的是如何了解產品使用者,也就是腦性麻痺兒童的真正需求。由於病童的情況特殊,難以直接溝通,必須從旁觀察他們的生活模式,並在參與水療的過程中揣摩他們的真實感受,最後再和專家溝通並進行改良。

另一個要溝通的部分是團隊內部的協調工作,這對跨領域計畫而言相當關鍵,因為各個領域的專家都有自己對產品的想法,這時定期開會、當面交換設計意見就非常重要。不過因為大家的目的都是為了幫助腦性麻痺兒童解決復健需求,有了共同的目標,自然可以順利整合彼此的看法。不過在有了產品設計想法後,下一階段需要處理的問題是,團隊需要在錯誤與嘗試的過程中逐步修正與原先預期不同的落差,以完成最後的成品。

這研究的貢獻主要在輔助水療的進行,讓患童減輕身體的張力,增進其肌力訓練與協調,並且能充分地享受在水中自由自在的行動,使孩童可以建立信心且更獨立。同時家長可以更輕鬆地幫助孩子做復健,增加水療中的趣味性及親子間的互動,最重要的是價格必須低。

另外針對不同市場面,調整式浮力衣除了可提供腦性麻痺兒童復健外,也可做為一般學齡兒童學游泳的輔助工具,並可針對不同年齡層適當設計救生衣的運用,預期帶來可觀的經濟產值。

原型製作使夢想實現

調整式水療浮力衣的第一代作品問世後,就獲得2008年臺北國際發明展的金牌獎,第二代改良產品則在2010年獲得國家發明創作銀獎。後續也獲得國科會跨領域創意加值橘色科技計畫的補助,進行可行性評估及原型製作。經再度改良精進後的第三代產品,更一舉拿下2012年韓國首爾國際發明展金牌獎與亞洲發明家協會特別獎的殊榮。

這計畫作品經過多年的開發修正後,免費提供腦性麻痺患者進行水療復健試用,也經由多次的成果發表逐漸打開知名度,終於在2014年獲得美國代理商的青睞,正式進軍美國市場。這一路走來雖是艱辛,卻是收穫滿滿,不只是逐步實現筆者身為設計人的創意夢,更結交了許多好朋友,跨領域的創意不但是加值也豐富了人生!
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