當無人機飛越沒有衛星訊號的區域，或自駕車進入隧道，如何持續判斷自身位置？答案之一是仰賴不必依靠外部訊號的慣性導航。然而傳統高精度光纖陀螺儀價格昂貴、體積龐大，限制了商業應用，國立中山大學光電工程學系特聘教授洪勇智看見此痛點，運用矽光子技術將主要光電元件整合進芝麻大小尺寸晶片，預估成本降至傳統方案的五分之一，勇奪第16屆國家發明創作獎金牌，開啟海內外千萬技轉商機。

對洪勇智而言，這項發明的起點，並非原本研究計畫的延伸，當時，他剛進入中山大學任教，專長是半導體光電與矽光子，因一場研討會意外與太空中心研究員劉人仰博士相識，進而接觸光纖陀螺儀，原本毫無交集的兩個領域，意外碰撞出新的研究方向。

2018年，台灣啟動矽光子相關國家型計畫，洪勇智決定投入跨領域研究。他逐步理解光纖陀螺儀的原理，再以矽光子技術重新思考系統架構，並與太空中心、中科院等單位合作，希望技術不只停留在學術論文，而能真正走向應用。

「其實以往，手機裡就有陀螺儀，但體積小精度不足，頂多拿來打電動；偏偏傳統光纖陀螺儀雖精準，但價格動輒百萬元起跳、體積又大，我想做的是把光學元件整合進一片小晶片裡，讓陀螺儀在維持一定精度的同時，也能縮小體積、降低成本，讓更多產業用得起。」洪勇智指出，這項發明試圖填補既有陀螺儀市場的落差，提供兼顧成本、尺寸與性能的新選擇。

跨領域突破技術瓶頸

由於陀螺儀能感測物體旋轉的方向與速度，是慣性導航與姿態控制的重要元件，協助系統判斷自身姿態與移動方向，加上不必依賴GPS等外部訊號，在衛星訊號受阻、遭干擾或無法接收的環境中，具有重要價值，以往被視為國家級重點軍備部屬設備。

從無人機飛行控制、自駕車導航，到機器人姿態控制，這些應用都需要穩定的感測能力，市場需要的不再只有飛彈、衛星等高階系統使用的昂貴設備，也包括能以合理成本大量導入的中階感測器。

而洪勇智採取的作法不是將所有元件一股腦地縮進晶片，而是重新分配系統中的功能。傳統光纖陀螺儀由多個獨立元件組成，性能強大，卻也增加體積與組裝成本；他的設計則將適合整合的部分交由矽光子晶片處理，同時保留光纖環作為感測元件。

如此一來，晶片尺寸約為4×1.2毫米，僅芝麻大小，刻意保留的光纖環，讓感測元件可依應用需求調整，在尺寸、成本與精度之間取得平衡。洪勇智預估，透過可運用CMOS晶圓廠製程的矽光子平台，整體製造成本有機會降至傳統方案的五分之一，單軸產品價格目標約為1,000美元，實際成本仍取決於製程與量產規模。

耦合封裝考驗整合功夫

由於矽光子必須解決光如何有效進入晶片、再從晶片傳出的問題，也就是光學耦合，若每個元件都需要耗時對位，不僅組裝成本高，也難以支撐大量生產。洪勇智帶領學生團隊致力於改善耦合與封裝方式，希望一次對位就能完成多個光路的整合，提升組裝效率。

「研發不能只證明技術在實驗室可行，還必須考量製程、封裝、成本與實際使用條件，才能成為可被產業採用的產品。」洪勇智坦言，研發成本則是另一大感驗，目前研究階段每次晶片製作至少200萬元起跳，凸顯新技術從原型走向商品化，必須跨過相當資金門檻，幸虧這些年來皆有國家級科研計畫挹注資源，讓研究得以持之以恆。 

建台灣自主導航技術鏈

由於陀螺儀涉及國防與導航等敏感用途，相關技術資訊不會完整公開，專利布局更是保護研發成果、建立市場空間的重要策略，洪勇智團隊從一開始就同步布局專利，而不是等研究成果發表後才思考商業應用。目前這項技術後來也吸引澳洲無人機控制器業者Azimuth Avionics關注，雙方展開技術移轉合作，讓研究成果有機會進一步接受產業端檢驗。

洪勇智估計，若未來能逐步降低製造與組裝成本，這類矽光子光纖陀螺儀的成本有機會降至千美元甚至更低級距，實際價格仍取決於量產規模與模組設計。至於可能的應用場景不只在空中，包括無人機、自駕車與機器人需要掌握姿態與位置，甚至連中油的地下管線檢測設備，在無衛星訊號的地下油管中，都能依靠慣性導航判斷自身位置。

目前，團隊正推進模組化與產業合作，希望由台灣廠商協助晶片封裝、組裝與模組製作，再交由潛在使用者測試、回饋，依照需求調整規格與成本。這不只是單一專利的商品化，也是建立台灣矽光子設計、製造與應用鏈結的機會，國家發明創作獎金牌肯定了洪勇智的研發成果，但真正的下一步是讓技術跨過成本、製程與市場驗證的門檻，成為產業能用、也用得起的關鍵元件。

圖片列表

中山大學洪勇智教授-矽光子積體電路及光纖陀螺儀裝置-圖4

中山大學洪勇智教授-矽光子積體電路及光纖陀螺儀裝置-圖2

中山大學洪勇智教授-矽光子積體電路及光纖陀螺儀裝置-圖3