學術貢獻 〉工程領域 第三屆國家產學大師獎 臺北科技大學分子科學與工程系暨有機高分子研究所特聘教授/芮祥鵬-骨折不再只能打石膏!他的發明讓輔具輕盈又服貼
2021-3-06

一旦骨折受傷,傳統做法是醫生幫患者打石膏。但是,石膏又悶又重,讓患部又癢又難受。現在,這個問題解決了。

臺灣研發出全球第一款無毒無害、3 D立體織物熱可塑的複合材料。它不但輕、透氣又具有可塑性,只要使用家中的吹風機加熱,就能依照所需變形,還可重複使用。這項創新醫材發明,背後的推手,正是臺北科技大學教授芮祥鵬。

「它可以用在醫療上,也可以應用於運動防護領域,甚至當成小學生書包背架,預防脊椎側彎,用途很廣,」芮祥鵬說。芮祥鵬邊解釋,邊將剛剛已加熱過的白色織物套在手上,依照自己的手型將它折捏至服貼。過了一會後冷卻,白色織物就又變堅硬。

這款神奇的「3 D立體織物熱可塑複合材料」透過溫度變化,可型塑各種不同形狀。在實驗室內,可看到用它做成的護腕、護頸圈、大腿支架、脊椎側彎背架、頭盔等。這項創新的複合材料,讓芮祥鵬榮獲第三屆國家產學大師獎,也獲得二○一九年未來科技獎,及二○一九年由總統蔡英文親自頒獎的「學術創業先鋒獎」。

最初尋找材料時,他遇到重重困難。要找到攝氏七十度以上會變軟、室溫堅硬、對環境友善、對人體無害的材料,芮祥鵬失敗了很多次。其實3 D織物並不是新技術,過去這類織物最常用在運動鞋的鞋面,具有透氣的特性。「不過,若在3 D織物上加上其他材料,使其成為複合材料,就能帶出各種創新做法,」芮祥鵬說。他的研究主題原本就是高分子合成及加工,專長在塗佈技術,一直投入在各種新型有機材料的開發。

幾年前,有個輔具廠商為了開發更輕巧的醫療輔具,來臺北科技大學找芮祥鵬,希望請他研發新款的複合材質,以取代石膏。芮祥鵬知道,瑞典企業Allard已有3 D立體織物熱可塑複材,但Allard的產品會有低劑量的有機化物殘存,對環境與人體較不友善,且該材料使用壽命僅只一年。既然該產品有進步的空間,加上有業界需求,芮祥鵬開始帶領同仁和學生組成團隊,著手研發此新材料。

打「失敗預防針」度過挫折

三年來,失敗對芮祥鵬是家常便飯。但他有一股韌性,始終沒有放棄。

芮祥鵬說,他會先幫自己打「預防針」,每次遇到困難,他都會告訴自己:「什麼是最差的狀況?我能不能接受?」先把最壞狀況納入計畫中,接下來,他就會放手去做。

起初,團隊花了不少時間尋找適合與纖維織物接合的塗佈材料。憑藉著對高分子物性的了解,成功開發出一系列在低溫可產生高結晶的聚氨酯或聚酯材料。因為此產品為熱塑形複材,可重複使用,比目前在航太業所廣泛使用的熱固形複材來得環保。

但材料複合技術是一大挑戰。為了將高分子均勻地塗在織物上,經過多次嘗試,總算克服許多有機溶劑易燃易爆的危險,研發出安全又環保的熱可塑複材製程。更重要的是,其耐候性超過三年,超越國際競品甚多。

二○一八年,芮祥鵬以這項複材構想參加由科技部舉辦的第一屆「價創計畫」徵選,從兩百多個團隊中選出十五件,芮祥鵬的團隊雀屏中選,獲得高額研發補助。他將此「3 D立體織物熱可塑複材」商品化,成立「臺北智慧材料股份有限公司」,並獲得同為臺北科技大學傑出校友的美琪瑪嚴隆財董事長、臺唐工業王世雄董事長、及多位業界先進的投資,總共募得一‧二億創業資金。

從教授成功轉為新創公司創辦人,「新公司在桃園龍潭設有工廠,開始有訂單了!」芮祥鵬開心地說。目前,多所國內大醫院已成為他的客戶,正式使用他的產品。

讀什麼都念好念滿,盡力而為

畢業於臺大化工系的芮祥鵬,後來到美國克拉克森大學(Clarkson University)念化工,再到美國凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)完成高分子博士學位。一路都在化工領域,問他是否對化學特別有興趣?芮祥鵬笑著想了想,用了一個比喻回答:「我覺得自己是油麻菜籽命耶。」不管念什麼科系,都把它念好、念滿,凡事用心盡力、不去想太多。

他回憶起在美國念書的那段時間,其實很苦。當時他剛結婚,大女兒也剛出生,一家三口靠著有限的獎學金過活。為了做出實驗結果,往往在實驗室待到三更半夜才回家,在大雪紛飛的冬晚則更是辛苦。「就是想辦法啊!」芮祥鵬說。刻苦念書的歲月中,就是去做,沒有捷徑。

在美國念完博士班後,芮祥鵬先到世界化學龍頭企業BASF在美研發中心工作四年,之後回臺,以照顧罹病需洗腎的母親。他很慶幸有這段工業歷練,看到BASF如何對一種材料深入研究到透徹。「尼龍源於二次大戰軍用,分子式一行就寫完了。但是BASF讓專業工程師們上了三天課,」他印象深刻地說。這樣認真打底、精深研究的精神,從此深植他心中。

「材料理論固然重要,但老師必須能夠舉出工業應用的實例,學生才能融會貫通。」如今在科技大學教書,芮祥鵬深知,教授一定要多跟企業互動,隨時把業界新產品趨勢帶回課堂。他觀察,此刻是臺灣化工業升級關鍵,「再過不久,電動車時代來臨,汽油用量將銳減,化工產業勢必要想出如何把過剩石油轉變成其他環保化材的新出路,」芮祥鵬指出。在環保大勢下,化工業得不斷突破,才能研發出高價又環保的材料。

另一個契機是材料能與機電等異業整合。芮祥鵬目前已在籌備第二家公司,這次是在紡織布料上結合LED組件,並協同資工系、電機系的教授一起開發所需之布面電路設計及控制軟硬體,藉此在穿戴式裝置上創新,可應用在長照及公共安全領域。業界廠商,包括倉和、Polycore Co.等,都已為此新產品與北科大有密切產學合作。

從事學術研究、指導學生、及籌設新創,繁忙生活裡,問芮祥鵬如何消化各種壓力?他想了想說:「聽聽音樂吧!」
原來,芮祥鵬還是個古典音樂樂迷。他和太太莉苓相識於臺大愛樂社。談起古典音樂,芮祥鵬滔滔不絕:「我比較愛聽浪漫派樂風,因為那樣才能宣洩情緒。像從柴可夫斯基、拉赫瑪尼諾夫的俄國國民派音樂中,可以聽到西伯利亞的荒涼、及人生含悲帶喜的命運。」

回頭看一路走來的軌跡,芮祥鵬歸納出他的座右銘:「保持好奇心態,強化實作能力。」他說,有了好奇心,便有動力不斷向前。加上喜歡動手做,這樣不管投入什麼領域,都一定會有成績,的確,芮祥鵬自己就是最好的例子,不是嗎?


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