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ForceN革命創新 感測器體積僅有對手10分之1

ForceN的人機介面模組。ForceN

物聯網(IoT)與工業4.0推升了機器人自動生產與邊緣運算的需求,而機器人所做的工作愈來愈細緻與複雜,力量感測器(force sensor)的應用因而更形關鍵,以控制力量防止機器因施力過大而受損。加拿大多倫多新創公司ForceN創辦人兼執行長Robert Brooks與副總Albert Chen接受DIGITIMES專訪時表示,其技術將為第三波機器人帶來革命性的創新,目標是製造全世界最精密、最容易整合的感測器。

問:請簡介ForceN,核心團隊成員與當時決定創辦此公司的動機? 

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ForceN感測器模組是裝在有彈性的膠皮上。ForceN

Robert:我的專業背景是多倫多大學機械工程博士,論文主題就是從感測與驅動的角度看第三代機器人的可能型態。在那之前我在自動化機械產業有非常廣泛的工作經驗,包括在粒子物理學研究室設計感測器,也在鋼鐵製造產業製造早期的行動機器人,最後是為製藥業與外科手術設計與製造機器人。 

在累積了對機器人的廣泛知識之後,我注意到機器人技術的發展少了某種東西。我們一直是把機器人放在某個框架中運作,這是因為系統設計他們就是要一直重複同樣的動作,可是現在我們現在有更好的設計工具以及更好的技術來製造雛形,可以用更短的時間來設計產品了,有各式各樣的產品製造出來,以更快的速度推出產品,所以我們就需要更有能力可以彈性運作且沒有框架拘束的機器人。

第一代的機器人就是協作型機器人(cobots),不過需要加強感測能力,好變得更聰明。ForceN就是為此而成立,希望創造出耐用、多點、多維度觸覺的第三代機器人。這也是ForceN名稱的由來,代表Force的n次方,或是n點的力量。Albert Chen也是一位感測器專家。

Albert:我在台灣出生,童年隨家人移民加拿大。在博士班研究的是微機電系統(MEMS)感測器,所以設計MEMS感測器和傳感器(transducers)是我的專長,曾在無塵室工作3年製造這些東西。除此之外,我也研究如何以更聰明的方式把感測器整合進系統裡。即便可以設計一個很精確敏感的感測器,如果無法做好系統整合,還是無法讓它的效能極大化。ForceN想要解決的問題是,如何讓感測器能以最精巧不佔空間的方式進行封裝?ForceN花很多心思在邊緣運算以及使用者經驗上,也把感測器設計成客戶可以簡易整合,無縫接軌系統的產品。我們與客戶密切合作,確保感測器不會壞,而且非常容易建置和使用。

Robert:我們的感測器非常薄,用很有彈性的膠皮封裝,有多個電晶體觸點(transistor points),因此才能有多點、多維度的觸感。Albert下很多功夫研究如何把膠皮進行量產,並且容易安裝。此外我們需要非常高密度的電子模組,而這些電子模組就是進行邊緣運算的關鍵。

使用方式很簡單,就是插入傳輸線並接上電腦,就可取得非常乾淨又高度敏銳的ForceN數據。ForceN的目標是把新世代的機器人提升到人類水準的敏感度、敏捷度和耐用度。 

ForceN創立於2015年12月,在最初的一年半裡都是在做技術研發。團隊成員如果加上3位即將報到的成員就有12人了,目前幾乎全部都是工程師。ForceN已經在邁向量產的階段,目前每個月可以製造50個機器感測器,另外有找到幾家專門製造的合作夥伴,每個月可以製造1,000個。

ForceN正與新客戶合作進行概念驗證,這階段只需要1~10個感測器,如果客戶滿意,通常會先打樣做出10~50個雛形,之後就會透過製造夥伴進入量產。ForceN目前正與18家重要客戶進行初期的打樣階段。因此ForceN近期正在打造各種不同的系統,包括手術機器人、物流、工業機器人,以及應用在防疫解決方案上的機器人。 

Albert:我想強調ForceN一半以上的客戶都是各自領域的佼佼者,有一些是Fortune 500級別的大企業。 

問:在這些你們已經和客戶在合作的垂直供應鏈以外,有其他的垂直供應鏈是你們看到有潛力應用你們的技術的嗎? 

Robert:有幾個領域應該不錯。ForceN目前已經在做製造業機器人和手術機器人,另外製藥業、醫療器材或甚至食品加工方面,都是可以應用的領域。應用ForceN技術的機器手術工具可以讓機器人處理從光纖到盒子的任何東西,所以拓展業務到這些市場是有道理的,特別是那些需要自動化的場域。至於人機介面,以目前機器人和外界互動的模式來看,大部分是作為控制裝置。Albert正在研發一項新技術,可以讓一塊不鏽鋼片轉為人機介面,因為是多點、多維度,且因為是金屬,可以在非常嚴酷的環境中,讓人進行靈活的操控,甚至可戴手套在水中操作一些精密動作。這也能在無塵無菌的環境中,例如核能、半導體晶圓或醫療器材製造場域的應用。由於尺寸和名片差不多大,方便隨身攜帶去會見客戶時進行展示,是很棒的研發工具。

Albert:值得一提的是,自動控制領域的工程師需要力量感測器,因為機器都已經有固定的樣子,因此體積太大的力量感測器不會是首選,否則就得為了要裝置感測器,必須改變機器的設計。 

ForceN的模組相較之下體積非常小,而力量感測器基本上就跟一張塑膠皮一樣薄。我們可以幫客戶裝在機器人或機器手臂上。有時也未必需要是個機器人,可以是手術器械,重點是機器的外型不需要有任何變化。ForceN可以幫客戶裝置這個膠皮,馬上就能使客戶用原有的設備立即獲得技術的升級。我們的客戶都非常喜歡,因為這表皮非常薄,他們根本不需要對原有的設備做任何更改。

膠皮的部分,可以利用雷射切割成任何形狀、尺寸、側影或鏤空等,也可以把指定數量的感測點或設定感測維度在一張塑膠皮中。

問:這是個過去未曾見過創新解決方案。ForceN在哪些方面有可能和台灣公司合作? 

Robert:ForceN想做出世界上最好的感測器,但通常不會自己製造終端產品,所以ForceN期待與那些想把力量感測或是扭力感測(force and twerk sensing)整合進系統的公司合作。ForceN也希望找到可受益於這技術在創新的終端設備上的應用。 

Albert:在台灣有很多很棒的代工製造商,他們的一些客戶目前正與我們合作,特別是高科技醫療設備公司。他們做很多研發,然後請台灣廠商幫他們製造出來。如果台灣廠商早已使用很多感測器,想對感測器進行整合,ForceN絕對可以參與在這樣的供應鏈中。ForceN能做到任何其它力量感測公司能做到的事,但感測器體積只有他們的10分之1。

台灣製造業使用很多機器人,因此他們應該已經有使用很多感測器,而他們也需要感測力量,因為機器人如果施力過大會受損,所以當然要想辦法防止那樣的事情發生。現在的趨勢是,機器人的工作量愈來愈大,難免會發生機器手臂需要變換不同的施力設備的情況,那麼ForceN就會是最好的選擇,適合任何的形狀為客戶量身定製解決方案。 

Robert:除了設備製造商外,ForceN也期待與系統整合商和特殊專業製造商合作,ForceN可以為客戶量身定製系統整合。最後,ForceN的膠皮還可以分離感測元件和保護元件。所以如果機器人因為某種原因產生碰撞,還是能保護感測器壽命不受影響。這對需要進行精密工作的機器人來說很有用。ForceN的技術已經應用在一系列手術機器人上,當然也應用在其他的產業上。膠皮的彈性、尺寸和輕量是ForceN的強項,ForceN也能把系統整合做得很耐用不易故障。

Albert:ForceN現在自己可以做小批次高品質的產品,但是如果量要大,似乎還是只有台灣才能達到要求。ForceN想在台灣找到代工夥伴,幫助提升生產規模。下次回台灣就會開始拜訪各地的工廠。這個膠皮的製造是比較困難的,因為ForceN的感測器不是用矽晶圓做的,而是可撓可折的基板。要把這樣的材質做成精密度為0.1%以下的感測器,還要耐用數十年很不容易。我們需要台灣的代工廠幫我們製造成工業用的大捲膠皮。而ForceN的電子模組尺寸其實只有指甲這麼大,競爭對手的產品卻是像皮夾那麼大。ForceN的小模組輕便易用,讓機器控制工程師可以節省至少半年的研發時間,這都是Robert的研發心血。

問:接下來有擴展團隊或是募資的計畫嗎?你們目前是哪個階段的新創公司?

Robert:ForceN是Pre-A,種子輪募到了225萬加元資金,而加拿大有蠻多研發專案獎勵可以申請,所以我們手頭還算寬裕。我們的目標是希望可以跟世界重量級的機器人製造商合作,在人工智慧時代,創造機器人感測的革命性創新,而邊緣運算就是AI的重要應用。 

目前我們已經有很多客戶在美國和歐洲,但全世界有3分之2的機器人是在亞洲。目前ForceN在台灣有一家客戶,在日本有兩家,未來會持續擴展在亞洲的業務,也會持續擴大技術團隊來製造世界最好、最容易整合的感測器。 

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