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卡門的發明經驗–從失敗中求成功

每一個新嘗試都可能失敗,但每次失敗都可以學習到新的教訓,一個成功的發明是經過無數的失敗與挫折才達成的。狄恩.卡門(Dean L. Kamen)擁有四百多項發明專利,有人稱他是現代的愛迪生。
 
 
愛迪生是位偉大的發明家,他那不屈不撓尋找答案的精神令人感佩。例如為了選擇電燈泡的燈絲材料,他試驗了一千多種才找到碳絲,他卻說:「我沒有失敗過,在實驗過程中,我知道了有一千多種材料不適合做為燈絲。」不遑多讓,帝恩.卡門(Dean L. Kamen)擁有四百多項發明專利,有人稱他是現代的愛迪生。
帝恩.卡門(Dean L. Kamen)
▲帝恩.卡門(Dean L. Kamen)
 
小百科

卡門在1951年出生於紐約州,從小就喜歡發明,無師自通,並學會一些電子遙控的技術。讀高中時就成立了一家小公司販售電子遙控產品,後進入麻薩諸塞州的伍斯特理工學院(Worcester Polytechnic Institute)修讀物理與機械的課程。念完大一時,由於公司每年已有6萬美元的盈利,於是在大二那年就退學專心於發明的工作。
賽格威式輕便車
▲賽格威式輕便車

 
他最出名的發明是iBot(一種可上下階梯的電動輪椅)、可隨身攜帶的胰島素泵、手提式的洗腎機器、可精緻微調的義肢「盧克手臂」(Luke Arm)、賽格威(Segway)電動雙輪車等。

靈機一動

有一天,卡門看到一位坐輪椅的殘障朋友在街道上為了跨過人行道邊一個5英寸高的台階,折騰了半天,難過之餘他就思考解決的辦法。於是他開始設計一個可以上下階梯的電動輪椅,經過數次的嘗試與失敗, 10年後終於推出iBot產品。2000年美國柯林頓總統頒給他國家科技獎章時,卡門還示範操作iBot給柯林頓看。
給柯林頓總統示範iBot(右,2008年白宮)及iBot的設計圖(左)。
▲給柯林頓總統示範iBot(右,2008年白宮)及iBot的設計圖(左)。
 
又有一次,他看到一位朋友從伊拉克戰場回來但失去了手臂,雖然套上義肢,還是很難做如拿杯子或寫字等細膩的動作。於是他與工程師花了好幾年的時間設計,利用腦神經來控制微調各種機械的動作,使義肢能聽從腦的指揮,行為如同真正的肢體,這發明就是「盧克手臂」。這項研究成果斐然,也獲得了美國國防研究基金會的贊助。

第一個發明

卡門的第一個發明是微量藥物的釋放。起因是:他的哥哥是哈佛大學醫學院的實習醫師,負責嬰兒部門,有一天哥哥向弟弟求助說:「嬰兒服用的藥物劑量都非常小,而且必須定時給藥,但有些藥物毒性頗大,如果過量會有致命的危險,你能幫忙解決嗎?」

那時微處理器剛上市,卡門就以微處理器來控制馬達及注射的藥物劑量,經過幾次的嘗試與失敗,終於完成一部示範儀器,可以定時釋放定量的藥劑。臨床實驗的結果相當理想,主任醫師也很滿意,並把結果發表在《新英格蘭醫學學刊》上。幾個月後,卡門的公司就接到大批訂購單。後來他的哥哥又建議他製造一個可隨身攜帶的胰島素泵,並能定時定量地供給胰島素,改善糖尿病患者的生活品質。

1979年,卡門把公司遷移到新罕布什爾州,並命名為DEKA公司。他仍然致力於發展新科技,希望能改善民眾的生活。如又發明了一個水處理系統,可以把受汙染的水變乾淨,而不需消耗太多能源。這項發明造福了貧窮地區的人民,使他們可以有乾淨的水喝。卡門把這項創新研究免費提供給窮人使用,因而獲得了2006年聯合國的全球人權獎。

從失敗中求成功

卡門是位成功的發明家,也極為富有,但仔細探究他的發明歷程,會發現每樣發明背後都經歷了許多次的失敗與挫折。他說每一個新的嘗試都可能失敗,但每次失敗都可以學習到新的教訓,一個成功的發明是經過無數次的失敗與挫折才達成的。

以下是Segway的發明經過。卡門原先規劃的產品是電動輪椅,這被列為公司的「標的」(target)計畫,公司的工程師們得時時思考,但過了2年仍無結果。有一天他在洗澡時,不小心幾乎滑倒,幸好捉住旁邊的扶手才沒有四腳朝天,這給了他一個靈感─保持平衡是這個電動輪椅設計的關鍵。

於是他用微處理器來控制馬達的速度與方向,用陀螺儀來保持輪椅的平衡,雖然如此,成品仍然很難操作。後來利用感應器是一個重要關鍵,因為感應器能隨時告訴微處理器去調節馬達的速度、左右前後的方向,以及保持陀螺儀的平衡。微處理器、陀螺儀、感應器都是市面上現成的零件,如何配置卻是個問題,尤其早期的陀螺儀是用來穩定船舶與飛機的,體積龐大且笨重。

經過5年的努力,終於完成一個原始模型,但它重達3百磅,他們的目標又變成如何減輕重量。到1998年微小的電子陀螺儀上市後,原型機的重量就降到2百磅了。電源是另一個問題,機器必須使用永固耐用的電池,但為預防萬一,仍必須有一個備份電池。經過了整整10年,卡門才推出理想的iBot產品;目前他已把發明權利簽發給美國的強生-強生(Johnson-Johnson)公司。

藉由iBot的研發經驗,卡門繼續研發其他衍生產品,Segway電動雙輪騎車的開發就是一例。Segway也是利用馬達和陀螺儀來保持平衡,以電池做電源,但這並不很經濟。卡門就進一步研究史特林引擎(Stirling engine),因為史特林引擎構造簡單且耗油量也低。當然研發過程中,仍有許多細節必須考慮,如裝在手把上的速度與方向控制器很難操作也不容易學習,卡門又花了10年時間才推出理想的Segway。
賽格威式個人汽車
▲賽格威式個人汽車
 
美國通用汽車公司看好它既省油又可避免塞車,尤其是在短距離交通上的使用,因此於2009年與DEKA公司簽約要大量生產賽格威式汽車(Segway vehicle)。

提高年輕人的科技興趣

雖然卡門是位成功的發明家,但他覺得目前很多年輕人都在追逐致富的捷徑,如成為NBA球星就可以有幾百萬元的年薪,但那是不切實際的,因為成功率少於幾百萬分之一。他要說服年輕人去改變世界,因此鼓勵學生去學科學或工程。1986年,他成立一個科學營叫做SEE(Science Enrichment Encounter)互動學習中心,讓學生有機會接觸最新的科技。

1989年,他又成立一個FIRST(For Inspiration and Recognition of Science and Technology,激勵及認識科學與技術)的組織,鼓勵學生學習科技與工程。這組織每年舉辦全國性的機械人比賽,激勵參賽的青少年創造複雜的機械人,並從創造與實驗中求進步。

2002年,卡門榮獲Lemelson-MIT發明獎,獎金50萬美元,他全部捐獻給FIRST,可見他對這個計畫有很高的期待。

掌聲回響

卡門雖然沒有念完大學,但他得到好幾個榮譽博士學位,如凱特林大學(Kettering University, 2001),喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology, 2008),伊利諾理工學院(Illinois Institute of Technology, 2008)和普萊茅斯州立大學(Plymouth State University, 2008)。1977年,卡門被選為國家工程學院院士,1999年得到Heinz 科技經濟獎,2005年更入選國家發明家名人堂。

最近他在地球綠色(Planet Green)電台主持「科技與發明」節目,以他獨特發明家的感受與觀念闡述科技與生活的關聯,頗受大眾歡迎。卡門是美國很有成就的發明家之一,而且不惜出錢、時間、資源去教育大眾,還成立SEE和FIRST計畫推動鼓勵、培養下一代的科技人才,真是難能可貴。

深度閱讀
  1. Brown, D.E.(2003)Inventing Modern America: from the Microwave to the Mouse, pp. 24-29. MIT Press, Cambridge, MA.
  2. Schwartz, E.I.(2004)Juice: The Creative Fuel that Drives World-Class Inventors, Embracing Failure, Ch. 9. Harvard Business School Press, Boston, MA.
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