【人物專訪】洋流發電與水下機器人的交響曲——專訪郭振華教授
6/15（六）14:00郭振華教授主講：「黑潮洋流發電」
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採訪、撰文｜何郁庭
審訂｜郭振華 教授
世界上可發展洋流發電的國家並不多，東側緊鄰黑潮的臺灣，正擁有這項得天獨厚的優勢。隨再生能源與淨零碳排議題興起，利用黑潮發電的構想與施行方案，愈加受到國內學界與產業界的重視。國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系（下稱工科海洋系）郭振華教授，在學時便對海洋能源和水下載具擁有極大興趣，回臺任教後，更致力於水下載具的開發，這些成果，正好回頭協助黑潮洋流發電機計畫的進行。在郭振華分享黑潮洋流發電講座前，將預先介紹功能多元、外觀各異的水下載具，並說明這些機器人如何協助黑潮洋流發電機的布放和監測。
兼具機械工程與海洋特性的應用學門
訪談的一開始，郭振華便說海洋工程是強調實際應用的科學，臺大的工科海洋系最初由機械工程系分出來，並於1976年成立造船工程學系，歷經二次更名，成為今日的系所名稱。因為場域在海洋，所以除了機械工程需要的力學設計、電子電機、運籌技術外，還需要對海洋、氣象有深切的理解和認知，是機械工程中相當特殊的領域。
比起陸地上的機械，放到海中的軟硬體設備有更多要克服技術難題，首先得抵抗深海的高壓、海水腐蝕、生物附著，再者還要考慮設備的續航力、被海水削弱的電磁波訊號。即便在設計上預先考量以上因素，當機器人實際布放下水後，礙於物理上的距離，研究者無法時時檢查與維護，倘若運作不正常，也無法及時處理。
「在水裡面，載具沒有辦法經常維護，比如漏水，或者是沒有辦法散熱的溫度問題，是眼睛看不到的。」郭振華如此補充。
儘管水下機器人在惡劣的環境中執行工作，對設備有較高的要求，但郭振華也說，海中的生物有各自的領域，有些適合在水面、有些適合在中間的水層，有些則適合在水底活動，不同的生物各自發展不同的身體能力，水下機器人同樣如此。因此，研究團隊會根據水下機器人執行工作的位置與任務，專門設計特別的功能，讓它們在各種類別的崗位「如魚得水」。
海洋監測、挖纜線、攝影機，水下機器人超豐富
郭振華所帶領的水下載具研究團隊，著重的發展方向，即是水下仿生機器人的設計，以及水下載具的導航、編隊控制。相比於堅硬外殼和螺旋槳推進的水下機器人，利用鰭片和身體擺動，恍若真實魚隻游動的機器人，在水層中間、珊瑚礁等地形反而更有靈活性和優勢，可以在很短的距離和時間內進行轉彎、加速度、衝鋒等行為。
近二十年的研究中，團隊陸陸續續發展出不同的仿生功能設計，不但從烏龜的游泳特性取經，也嘗試瞭解魚群如何在不靠眼睛、通訊的情形下，讓魚隻互相定位，跟隨群體一起游動的能力。呼應郭振華提及水下載具在電力供應上的限制，他的團隊亦開發貼在海底移動，像比目魚的機器人，設法利用海底地形提高機器人運動時的升力，減省能量消耗；當機器人在海底完成工作後，再移動到海底的充電平台上充電，讓比目魚機器人能夠一直留在海中。
郭振華認為，黑潮洋流發電機也是水下機器人載體，最大的差異在於，其他機器人是耗費電力執行工作，而洋流發電機進入海中最大的任務就是發電。在布放洋流發電機前，團隊首先以海洋研究船和水下載具進行海底地質、水文探測，確認地點後，派出另一組水下機器人在海底噴埋海底電纜至海岸。事前準備工作完成後，將黏著錨碇的發電機以船隻載至布放地點拋下；完成布放後，再派水下機器人進海中拍照，確認發電機運作情形，完成整輪作業。
黑潮洋流發電機計畫再啟動
郭振華與黑潮洋流發電機的關係，源於2014年開始的第二期能源國家型科技計畫 (NEP-II)，當時科技部（現國科會）為結合國內產學研進行發展再生能源及減碳技術，郭振華與同系老師共同爭取到經費，並製作出800 W浮游式黑潮發電渦輪機模型機組，然兩年計畫結束後，發電機的開發也隨計畫結束而停擺。
不過，隨2018年中華民國海洋委員會成立，能源轉型議題也受到更多專注後，海委會下的國家海洋研究院看見洋流再生能源的可能性，遂串聯萬機鋼鐵工業股份有限公司、國立中山大學海洋環境工程學系與臺大工科海洋系，發展規模更大，發電量更大的洋流發電機組。其後，中央研究院在投入臺灣關鍵發展的項目中，也選中海洋能源、黑潮發電的領域，積極投入海洋能發電技術。
儘管臺灣的各類再生能源技術發展上，洋流發電並不是討論度最高、最熱門的能源類別，但放眼國際，能發展洋流技術的國家並不多，除了美國東南方的墨西哥灣流外，就屬黑潮旁的臺灣與日本，因此洋流發電的技術，大多仰賴國內自主研發的技術。目前，臺灣已完成20 kW浮游式洋流發電機測試，這些階段性的目標，將在未來開創新興的黑潮能源產業。
對水下機器人的瞭解與掌握度，讓郭振華在參與黑潮洋流發電機的研發上，擁有額外的優勢。不同的水面及水下載具在海中分工合作，協力完成大規模的實驗，需要縝密的思考與規劃。然而，除了經驗與知識外，對仿生機器人的熱情，與持續學術研究的毅力，同樣不可或缺。
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