「AgIC」:用紙筆畫出電路——人人都可自製電路

九月 20, 2014
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用筆畫出的線可以直接當成電路;用一般的印表機可以在紙上印出電路──這次訪問到的清水信哉先生就在嘗試實現這樣的未來。

第一眼的印象是:「這是哆啦A夢的道具吧!」

筆者初次接觸AgIC的筆時,它的觸感和寫起來的手感,就跟真的一般的麥克筆沒兩樣。畫出來的線馬上就會乾,可以通電。畫出圓充當開關,然後從那裡延伸出兩條線,並在線的盡頭連接LED的接腳,然後只要夾顆電池並將開關處對折,燈就會發光了。燈是因為形成了電路才發光,理應沒什麼好大驚小怪,但是當這一幕呈現在筆者眼前時,仍感覺像魔法一般而興奮,不禁認為這個AgIC的筆,簡直就像是從哆啦A夢的四次元百寶袋中所掏出的未來道具。


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親手畫的線直接變成電路(照片提供者:AgIC)

AgIC的產品有兩樣,一是使用了特殊導電墨水的筆,墨水中含有銀的奈米粒子;一是裝了同樣墨水,供一般印表機使用的墨水匣。用這筆畫出來的線條為數百奈米厚的薄膜,表面則有著純銀的外衣。和一般的金屬相同,電阻取決於線的長度跟粗細。此外電流的通路數量跟通過的電流量成正比──這一點在電阻知識中再基本不過了。

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AgIC筆於9月12日發售,定價為1,200日圓(左)。此外還有專用的紙,是以照片亮面紙為原型,配合導電性墨水的特性所特製的產品。有五張A6紙和筆的組合包,售價預計為1,500日圓(右);也有十張A6紙售價為800圓的選項。


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AgIC墨水匣。這項產品則要10月發售,裝進特定的噴墨印表機就可使用。更換式的墨水匣組(CMY)預定售價為20,000日圓,印量為100張A4紙。

墨水的原型來自東京大學的川原副教授所發表的論文。川原先生原本就是清水先生大學時代的老師。該論文於20139月發表,兩個月之後川原先生和清水先生重逢,這個研究就成為了兩人的話題。似乎就是在這時,清水先生直覺認定它可以商業化。當時任職於顧問公司的他下定決心辭職創業,於當年12月開始準備初創資金。公司於隔年20141月設立,3月登上Kickstarter,集資超過8萬美元。

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清水信哉先生本身為專攻電子電路設計的工程師。從高中時代起接觸電路,在東京大學的電子情報學專攻領域中學習電路以及資訊類知識。他就職顧問公司的動機是想要學習商業知識,但漸漸覺得:「即使到製造公司就職,也沒有辦法作自己喜歡的東西,現在只有自己成立公司才有辦法作自己的東西。」因而有了創業的念頭。

讓研究室的技術應用到實驗室以外的地方

AgIC所做的事情就是,以包含銀奈米粒子的墨水基礎技術為出發點,將墨水裝到筆中以及墨水匣中製成產品。通常在研究室中開發的技術和市面上流通的商品之間有著隔閡。他們便是將研究室中所開發的技術「應用到實驗室以外的地方」。

那麼實際上到底是如何製成產品的呢?首先光是「筆」好了,就有麥克筆、簽字筆、原子筆、鋼筆等各種類型。不管是由誰來畫都能夠讓墨水恰到好處地分布,如此才可導電──製作成筆的時候勢必要以此為目標。而且因為墨水使用了大量的純銀(墨水有百分之十到十五的重量為純銀),為了避免成本增加,也必須控制墨水的量。成本不下降的話會反映到價格上。一個工具在普及化時,能否以便宜的價格提供給消費者算是重要的因素。

過去雖然也想過製成墨水瓶用毛筆沾來寫,但成效不佳。如果墨水太多會無法變乾,多餘的墨水就會破壞電路。而且電阻並不是隨著墨水的量完全等比例下降,降到某一程度後幾乎就會停止變化。也就是說必須讓墨水的量壓到最小,又不能過少。因此他們買回了筆的零件親手組裝,進行了各種嘗試。一開始的構想是自來水筆。從結果來論這個嘗試失敗了。原因出在墨水流出太多導至表面沒有乾的部分剝落。也就是說,即使墨水的成分不變,也會因為使用方式而改變產品的效果。

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筆型跟自來水筆型(上圖),以及實際畫出來的模樣(下圖)。如果是筆型,就算是慢慢畫也不太容易在表面留下沒有乾的墨水,但自來水筆型的話,會有墨水過多導致表面沒有乾的情況。那樣的話可能手一擦到就會剝落。筆型的話,正常畫過去一次是不會脫落的。

Kickstarter公開的產品介紹動畫中所使用的筆是他們親手組裝的。他們在集資階段時尋找可以大量生產的工廠,最後找上了東大阪的中小型工廠。筆這種產品的基本出貨量為一百萬枝以上,多由中國出產,日本幾乎沒有生產。他們委託了能生產特殊用筆的工廠,不僅可以多樣化生產,貨量可以以數萬枝為單位。順帶一提,墨水匣的生產也是交由國內的工廠。

不過他們不排除以後將產線移往中國。「說到大量製作的話……上上周到了深圳四處訪查工廠,那邊基本上是用手組裝,光這一點就和日本完全不同。」

畫出來的電路所具有的持久度也令人好奇,據說估計為半年。如果想要再延長一點壽命,在紙的兩面覆膜就可以延長使用。若不做這些加工,紙的材質本身會劣化,墨水就有可能因而脫落。

AgIC的目標是教育領域

文章一開始用了「魔法」、「未來道具」等詞,讀者或許會認為是在誇大。不過對小孩子或是那些從未接觸過電路的人來說,AgIC筆看起來的確就是魔法。這也正是AgIC的目標。他們已經開始和在做函授教育的大企業合作開發教育用的套件。

當中所使用到的工具是,孩子們應該都相當熟悉的紙筆和剪刀。和一般的電路不同,用這些工具製成的電路可以凹折。紙的材質容許電子零件直接貼在上面。比起讓孩子們使用麵包板學習電路,這樣的做法絕對比較得心應手。在過去Maker Faire Bay Area等活動出展時,帶小孩的參觀者們給予的反應就很好。他們甚至獲選Maker Faire editor’s choice以及Maker Faire Bay Area今年度最有趣的十大展示之一。


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即使是小孩或是沒接觸過電路的人,也能夠輕易地在自己的作品中嵌入電路,能和一般的墨水共存。

實際上在原本論文中,主要的目的是將這個導電技術應用到無線感測網路(WSN)的感測節點上。所謂的無線感測網路,是散佈大量的感測器以及裝有電池的組件,然後藉由彼此連接來進行資料觀測。為了壓低每一個節點的成本,才會在紙上印製電路便宜製造。不過清水,先生似乎從一開始就想將這個技術活用在教育領域上。「如果是真正的專家,只要用個麵包板就能自己想辦法生出電路。我想要的不是這樣,而是連小孩,連從未碰過電路的使用者都能納入對象最好。」

清水先生展示給我們看的樣品是喇叭。在紙上畫個簡單的一個圓,就只是這樣畫一圈,然後在裡面放磁鐵,透過簡單的磁鐵原理,通過電流的線圈因為下方的磁鐵而變成電磁鐵並產生震動。再來只要用擴大機輸入增幅信號就會發出聲音。要畫一個圈或是兩個圈,畫得有多圓,都會影響發出來的音色,所以可以這樣自己一步步嘗試與製作。這對大人來說也相當有趣,以活用這些AgIC的電子套件似乎正在開發中。

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上圖為紙飛機的樣式,下圖為完成品。


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採訪時清水先生所繪製的說明用線條。補充說明,左邊的圓形和矩形就是喇叭。

讓電子學變得更自由

在印刷電路板上焊接電子元件是以往的電路製作技術,而如今有許多因應不同作法的技術與產品相繼登場。清水先生認為這是個好的趨勢。對於大眾的科學識讀(這裡便是指電子學)基礎有所提升是值得的。「許多人以為電子學是理工出身的工程師在碰的,自己只要會用產品就好,隔閡因此產生。我希望多少能消弭這層隔閡。」

使用布、毛毯等工藝的製品和電子套件的組合已經形成了一個新領域,最近以Arduino的互換電路板8pino為首,GPS及通訊組件往超小型化發展,目標是可穿戴。此外開發Circuit Stickers這類貼紙狀的電池與元件的創投公司也浮上檯面。將這些元件、組件跟AgIC筆結合的話,很可能會發生有趣的現象。

AgIC筆於912日起在Amazon.co.jp發售,在秋葉原等實體店鋪的上架作業也在進行中。除了日本以外,美國與中國也有販售的計畫。而且據說美國MAKE的官方店商店MakerSHED也會販賣。

清水先生表示,希望AgIC的墨水「能成為人們動手製作的原點」。「用筆跟LED作出來的東西,大概就只能按下按鈕就會發光,功能有限。不過一開始只要做到這樣也夠了,之後再考慮能不能讓它發更多的光,或者是能不能不要只是單純發光,而是在偵測到人進入之後發光,若能夠連帶勾起這些興趣的話更好。」之所以使用銀奈米墨水作成筆這種文具用品,正是因為這個原因。


(譯:徐永為)
[原文]

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