挑戰不可能的任務-裙擺搖搖 nature-inspired 仿生鰭單人潛水艇【Trichitala】

這是一場務實與創新共舞的德式浪漫,他們摒棄傳統螺旋槳的動能設計概念,以Chitala(七星飛刀魚)和Ghost Knifefish(魔鬼魚)裙擺狀的魚鰭為發想,10人小組經過一年的努力,共同打造 nature-inspired 的仿生鰭單人潛水艇【 Trichitala】。

德國 Rhein-Waal University of Applied Science 大學,帶領年輕學子以務實的態度參與海洋工程領域,鼓勵學生參與發展人力潛水艇,從設計、實作到募款全程一手包辦。這艘裙擺狀的「仿生鰭」單人潛水艇,不以速度取勝,克服繁複工序,挑戰動力創新設計。

2016年7月,郭育仁 Yu-Jeng Kuo隨同組員帶著精心打造的單人潛水艇【Trichitala】,由德國遠赴英國參與European International Submarine Races 2016的比賽,在時間的壓力下,夥伴們同心協力,共同達成不可能的任務,並榮獲大會頒發「創新設計獎」。

The HSRW Submarine Team is a student project group supervised by Prof. Dr. William Megill including students with various backgrounds from traditional mechanical engineering and bionics. The team was founded in 2012 and has been participated in two International Submarine Races (ISR 12, 13) in USA and on European International Submarine Race (EISR) in UK so far.

The team is known for innovative fin propulsion systems instead of using common propellers. As many students are studying bionics or have a bionic study background, the team combines traditional engineering knowledge with biological ideas and includes those in the design of submarines.

This year (2016), the new submarine comes up with new design inspired by a continuous fin motion of many biological models and is named “Trichitala".

~ 英文簡介節錄自郭育仁 Yu-Jeng Kuo的 nature-inspired 的仿生鰭單人潛水艇【Trichitala】報告 ~

 

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採訪.撰文/林秋玫

照片提供. 英文簡介 / 郭育仁 Yu-Jeng Kuo(Rhein-Waal University of Applied Science 研究所一年級)

 

2016年愚人節剛結束的深夜時分,我心血來潮到郭育仁同學的臉書上越洋話家常:「你在德國HSRW ( Hochschule Rhein-Waal)學校一切可好?」

我的眼睛緊盯螢幕上的對話框,只見他輕描淡寫地回了一句:「給你看看我今天的工作成果,剛剛才從學校工廠離開,正在打造潛水艇。」

我難掩驚訝:「潛水挺?酷斃了吧!」

接著飛快打上:「是應用鸚鵡螺的道理嗎?」我精神振奮地補上一句,懷抱獻寶的心情,以顯示平日吸收科技應用的成果。

誰知,對方竟是一陣沉默,隨後,只見手機螢幕上突然出現一張不在預期之內的照片……

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郭育仁 Yu-Jeng Kuo、Veda、Alam 三個麻吉正在實驗室打造潛水艇,工作眼鏡和口罩都還沒來得及取下來

 

看著照片裡三個裝酷的帥哥,我的好奇心立馬被這有趣的畫面擄獲,包括郭育仁同學額上的ok繃!

「哇!你們在做潛水艇呀?教室很專業,你好可愛。咦!額頭怎麼了?」

他則完全不理會我發自內心真誠的驚嘆號、溫情的問號和貼切的形容詞。

他淡定的回應,彷彿是從遙遠星球傳回的一個微弱而堅定的宣告:

「到時候要穿潛水裝下去操作潛水艇,裡面有類似腳踏車的機組,會帶動『仿生魚鰭』,產生波浪狀的動作,然後再帶動潛水艇前進。」

我急切地敲出一行字:「所以是單人潛水艇?你也要進去踩嗎?會很深嗎?」

「隊長會進去,我應該也會下水跟著潛水艇移動,三四個潛水員會在外面支援與守護,到時候正式下水時,大游泳池有五、六公尺的深。」

郭育仁同學的回覆讓我感到十分驚訝,隨即,也在字裡行間嗅到「理工男」的邏輯氣息。

我立馬抓住關鍵字「仿生魚鰭」,鎮定地回應:「魚鰭?是參考大翅鯨的魚鰭,會讓水的阻力變小的優點嗎?」我再次想要表現出我翻過幾本仿生學的參考書…

他則果斷地敲下一則指南:「參考ghost knife fish」

霎時,我產生某種錯覺,好像正在閱讀秘密武器的使用手冊說明書,當我再度鼓起勇氣,再瞄一眼引號裡的魚名,額頭卻滴下一顆汗珠,對於Ghost Knife fish 裙擺狀的「仿生鰭」運用,我竟一無所知。

經過幾個月持續不懈地「騷擾」郭育仁同學,在夜深人靜時一問一答間,終於拼湊出這艘挑戰「不可能的任務」,以「裙擺搖搖」形象面世的 nature-inspired 仿生鰭單人潛水艇【Trichitala】,以及它誕生的故事。


我的第一個反應是:「好酷!但為什麼要做潛水艇?」

郭育仁同學娓娓道來:「德國 Rhein-Waal University of Applied Science 大學每年都會參加國際人力潛水艇比賽European International Submarine Races 2016,舉辦的比賽場地一年在歐洲,一年在美國。每兩年循環一次。去年,學校代表隊勇奪速度組第二名的好成績。」

「 其實,這個比賽是讓學生將工程知識實際拿來運用的好機會,學生們必須要自己算浮力、畫設計圖、工業生產、上漆、行銷與募款等等。透過發展人力潛水艇的製作,讓學生對於海洋工程領域有初步的參與。學生在建造潛水艇的過程中也可以加入創意或仿生元素,對於實用性高的商業潛水艇作品,也有機會提供未來發展空間。正式比賽時,會場中會有一些廠商來參觀與提供實習機會,包含一些市面上的潛水艇製造商、鑽油平台、海洋科學研究的單位,他們不一定需要人力潛水艇,但是需要對於水下世界有興趣的工程師,一起參與合作計畫。」

12921856_986613348088420_1370015330_o-1學正在打造潛水艇的外殼

⌈為何選chitala『七星飛刀魚』作為仿生機器魚的對象?⌋

郭育仁同學解釋:「目前,已經有很多人成功做出搖擺尾巴的機器魚,對於類似水母間歇性推進的水母機器人,也有人嘗試。所以我們實驗室想試試看以Chitala『七星飛刀魚』和 Ghost Knife fish 裙擺狀的鰭,作為發想原型。目前,像這樣裙擺狀的行動方式還比較少人模仿。因為去年學長們的潛水艇,已經獲得速度組第二名優勝的肯定,因此這次我們想要做一個以『創新』為重點的潛水艇。」

「這項計畫最大的困難和挑戰是什麼?」

他仔細地為我說明:「選擇裙擺狀的仿魚鰭動力設計,它的挑戰在於如何把旋轉的動能轉成魚鰭前後的動作,和如何有效地讓尾鰭控制方向,這些都考驗著學生的設計和執行製作的能力。」

另外,潛水艇裡面設有類似腳踏車的機組,藉由人的踩踏產生動能,可以帶動「仿生魚鰭」,產生波浪狀的動作,並帶動潛水艇向前移動。我們的隊長會進到潛水艇裡操作,他除了在身上背氧氣罐之外,艇身內部也會有備用的氧氣 , 艇倉裡面也會注滿水。所以操作員要穿潛水裝下水去操作【 Trichitala 】潛水艇。因為我們的潛水艇有三個鰭,所以加了字首Tri。」

「這次,我們想從『創意』的角度切入,我們不想採用傳統的螺旋槳,想知道能不能做出類似裙擺狀的機械結構,造一艘 nature-inspired的單人潛水艇。雖然,創意型的潛水艇在移動『效率』方面有可能比較差,但那不是重點,『創新』才是我們此次的首要挑戰。

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潛水艇的外殼初步完成

 「你們組員有多少人,除了各自原有的學科專長,還需要具備什麼相關訓練?」

「我們的組員大約有十個人,同學們來自德國、印度,伊朗、台灣。學校為了這個計畫,還特別開設了潛水的相關課程,並列為必修項目,所以我們都要修潛水課的學分。對我來說,潛水課很實用也很好玩,雖然天氣有些冷,但可以和同學一起在水中共游,互相照應,探索另一個寧靜的新天地,我覺得非常有趣。」

15241933_1173280456041976_8357100450103872164_n郭育仁  Yu-Jeng Kuo、Veda 在潛水課合影

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笑容滿面的 Leonie女同學站在階梯最上方,整裝待發準備下水。另外兩個在水裡的人,一個是Alam,另外一個是教練 Lucy。每次上潛水課時,是同學們最開心的時刻了。

 

【 Trichitala 】潛水艇的製作經費有多少?如何籌措經費呢?

郭育仁展現自立自強的精神表示:「這個【 Trichitala 】潛水艇當初從設計、採購、塗裝還有運輸,大約花了3000  歐元。小部分的費用是由學校贊助,另外有些則是在漢諾威商展時,帶著我們的潛水艇模型去跟廠商做簡報,而獲得一些零件的贊助。剩下大部分的錢,則是分別由德國一些當地銀行、社區協會提供。」

麻煩介紹一下,你們如何製作這艘潛水艇吧!

首先,我們先用木條做出潛水艇的骨架,然後用保力龍填塞縫隙,再用玻璃纖維跟樹脂強化內外壁,加強支撐潛水艇的結構,以便通過大游泳池五、六公尺的深度壓力。潛水艇的外層需要打磨和烤漆,並需安裝駕駛艙內的機械構造及壓克力艙門。

比較需要注意的是,在強化潛水艇的內外壁時,玻璃纖維塵對身體有害,所以操作時都要戴口罩。」

「最後烤漆的部份,則需要廠商協助進廠完成,其餘所有製造潛水艇的工序,都是由全體同學在實驗室的工廠裡,親自動手打造協力完成的喔。」

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正在施工中的潛水艇

你們設計的【 Trichitala 】潛水艇諧音很像『三鰭踏拉』欸,你們怎麼把它運去參賽,參賽過程還順利嗎?

郭育仁同學回憶那最後一哩路:「我們當初是把潛水艇放在一個平台上面,用汽車從德國拖去英國的。不過比賽地點不是在倫敦,而是在英國 Gosport 的一個海軍海洋研究中心。因為在德國時,我們的潛水艇尚未完工,在十天的比賽當中,仍需進行了多項的組裝跟測試,所以只能眼睜睜地先看著其他隊伍的潛水艇下水比賽,心理確實相當煎熬。」

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英國 Gosport的潛水艇比賽現場

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一艘潛水艇正在英國 Gosport 比賽現場作 Wet check測試

「在比賽前,每隊的潛水艇都要先通過安全測試,分別是乾濕測試:Dry check 與 Wet check。這兩項檢驗主要是測試是否在意外發生時,潛水艇艙內的人員能夠即時發出求救訊號,以及艙門能否順利開啟。」

Trichitala 潛水艇還沒有裝上彷生鰭的模樣

「我們一直到比賽倒數第三天才完成 Dry check,倒數第二天才下水完成 Wet check,而最後一天才真正站到出發線上。這趟跟時間賽跑的行程,為達目標不眠不休瘋狂趕工的狼狽樣,現在回想起來真覺得不可思議,也太緊張刺激了。」

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組裝仿生鰭單人潛水艇【Trichitala】,那三個白色鑲橘色邊的仿生鰭,正是『三鰭踏拉』這個可愛暱稱的由來。

 

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英國 Gosport 比賽現場,所有夥伴埋頭苦幹,努力搶救進度,設法讓仿生鰭單人潛水艇【  Trichitala 】可以順利下水比賽。該隊的成員包括:隊長兩名: Ette and Lukas,隊員則分別為:Alam、Veda、Yu-Jeng、Leonie、Hossein、Cameron、Ajay、 Yu-Jeng Kuo 和教授 Prof. Dr. William Megill。

 

請問,『三鰭踏拉』的參賽結果還令人滿意嗎?

對【 Trichitala 】潛水艇而言,這個『三鰭踏拉』的暱稱還真貼切。『三鰭踏拉』的三個鰭被安裝在艇身上,是由極為複雜的機械結構所組成,並由潛水員在艇內踩動踏板來驅動。因為當初設計上的瑕疵及沒有足夠時間進行『行前測試』,不幸的事情便發生了,『三鰭踏拉』其中一組的鰭在出發後的五公尺就失去了作用,再加上前進的速度太過緩慢,因此被大會宣告停止繼續比賽。

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如何趕在參賽前最後一秒,搞定「三鰭踏拉」的三個鰭,真是讓大家傷透腦筋!

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【 Trichitala 】潛水艇終於可以下水了,『三鰭踏拉』在水中測試的歷史性一刻。

三鰭踏拉,十分吸睛

「由於我們的潛水艇造型十分獨特,在比賽的頭幾天就有許多人一直來拍照,和頻頻詢問修理進度,因此當我們真正下水比賽時,所有參賽人員也都在螢幕前面觀看,大家就是想知道到底我們的『三鰭踏拉』要怎麼靠這個『仿生鰭』,來完成這趟「不可能的任務」。雖然進入比賽時『三鰭踏拉』只前進了短距離就被喊暫停。但是,我們所有人都很滿意這次參加European International Submarine Races 2016比賽的結果,因為『三鰭踏拉』證明了我們的設計在水中是可行的。」

 

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「雖然,潛水艇最後沒有完成任何賽道,但仍獲得大會青睞與肯定,獲頒此次單人潛水艇的「創新設計獎」。尤其能和一群國際學生相互觀摩,開拓視野,同時獲得合作與競技的寶貴經驗,真是很難得也令人難忘。」

郭育仁同學很開心地表示,這是一次收獲豐富的成長之旅,參與潛水艇的建造,不僅能迎接挑戰,解決困難,還能提昇專業能力。同時,他也體會到堅持意志力和執行力,在壓力下努力不懈完成目標的重要性。他回顧來時路,從一年前懵懂迷惘的「門外漢」,到結識如「海賊王」般一群可愛的夥伴們,如今能在 European International Submarine Races 2016 比賽中,與各國好手同場切磋,宛如參與了一場務實與創新共舞的「德式浪漫」之旅,真是太幸運了!

影片分享:European International Submarine Races 2016 比賽實況

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