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【107年輕學者養成計畫】海裡長大 李忠益埋首水下通訊研究

臺灣四面環海,然而多數人對於海洋的認識卻相當有限。結合環境與資通訊光電產業的優勢,通訊工程學系助理教授李忠益決心投入水下通訊研究,今年更以「建置於水下之高速無線光通訊系統研究及開發」獲得科技部年輕學者養成計畫「哥倫布計畫」獎助,目標開發出新型態的水下無線光通信系統,協助拓展海洋資源研究,進而領導臺灣海洋科技研究躍升國際。

近年來,人手一支智慧型手機,所到之處相互聯繫、發布訊息十分便利,甚至離開陸地,搭乘飛機飛上高空,照樣能夠保持通訊暢通。然而,情境轉換進入水下,一切就沒有那麼容易。

李忠益比較,因為海洋或水中的距離感較陸上更明顯,無論活動、施工、探測追蹤或研究開發,都更需要倚賴通訊工具,以便即時掌握場域資訊。傳統水下通訊大多運用聲納,但因為資料傳輸量有限,無法傳送較大資料量的影像,研究人員於是對焦「光」,試圖結合光的傳輸特性,加以可見光調變技術,開發出更高效率、傳輸距離更長的水下無線光通信(UWOC)系統。

「其實人類很早就開始使用『光』通訊,」李忠益說,早在中國古代就透過烽火台傳令作戰,而後隨著技術成熟,今日的LED除了照明也有資料傳輸功能。只是過往提到光通信,必須仰賴光纖為介質,穿越海洋時也必須鋪設海底光纜,如何突破水的限制,使用無線光(雷射)發揮傳輸通訊功能進而開發商品,正是這項研究最大目標。

李忠益解釋,在水的吸收頻譜中,吸收系數最小的地方剛好落在380-750nm間的可見光波段,這樣的特性讓研究人員倍感信心。只是海洋環境多變,其中無論微生物、藻類對於光線吸收性,或洋流可能造成的干擾,以及不同海域各異的生態等,都是必須面對的變數。同樣都是「水」,目前技術可在自來水中傳輸10-20公尺,但轉換到海水中,5公尺都有難度,「實在有點兒挫折!」

為此,李忠益正打造一個實驗池,除了注入海水,還要在其中佈設不同的海洋元素,以進行各項通信可靠度測試。他也將和北聯大系統的海洋大學合作,借用造浪池等設備,進一步了解海浪、洋流對無線光通信的影響並尋求解方。

李忠益感謝哥倫布計畫的支持,讓他有機會設計全新的實驗室,目標不只從事基礎研究,將來還能應用到商業層面。目前部分設備先寄放臺北科大,待明年電機資訊大樓完工後,就將搬遷至三峽校園,可望形成臺北大學另一項特色研究亮點。

他預期,未來水下無線光通信技術成熟,將可支援更多海底探勘研究,協助科學家更了解水底世界,也更能掌握地底能源開採運用之道。此外,在休閒層次,潛水教練和學員配戴相關設備下水,也能更順暢溝通,增添水域活動樂趣和安全性。

臺北科大博士畢業後,先後在業界和臺北科大服務,今年八月應聘進入臺北大學通訊系,李忠益肯定臺北大學校園環境優美、空間大,行政服務支援也令他安心,只是對於學校提供的各種研究資源協助還在摸索中。

而比較兩校的教學氣氛,他更讚賞臺北大學學生活潑之外還很認真。「我有一堂上午九點的課,打鐘進入教室,三分之二同學都到了!」李忠益補充,自己上課幾乎不點名,看到同學們都自發自律來學習,讓他非常訝異,而下午一點的課堂上,同學們不僅鮮少缺席還精神奕奕,更令他覺得充滿希望,期許自己要更努力教學研究,不負同學們的熱情。

回顧申請哥倫布計畫補助過程,李忠益透露,一聽到科技部承辦人描述名額和評選標準時,當下只有放棄念頭,但回頭看到樂透彩廣告「有買有機會」,讓他決定放手一搏,沒想到竟然就獲得評審青睞。鼓勵所有年輕學者「多方嘗試、勇敢創新」,持續關注未來發展趨勢,不怕失敗,大膽提出想法,就有可能得到支持。

從小在澎湖海邊出生、長大,李忠益對海洋情有獨鍾,至今每回出外參加研討會,也總不忘事先探索當地環境,把握機會看海甚至下海浮潛、游泳。懷抱這份對海的情感,融合自己的專業,李忠益立志持續深耕海洋研究,盼望讓世界看見臺灣不光是陸上資通訊產業重要基地,更是海洋與水下通信研究王國。

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