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OpenSource-RP
- 1. 基於開放原始碼的硬體設計概念
黃盟勝
摘 要
開放原始碼軟體的使用率逐漸提高,也讓開源碼軟體的協作模式,進一步地進入到硬體設計當中,而開源碼硬體的快速成型系統的出現,更是讓硬體設計能夠從使用開源碼
軟體的虛擬設計,進入到實體的原型製造當中,不過開源碼硬體在設計完畢之後,仍須考慮到後續的使用者接續,以及專利範圍的問題,如此一來才能夠讓開源碼硬體設計的觀
念,更加散佈及為更多人使用。
關鍵詞︰開放原始碼、開源碼硬體、使用者接續、專利
一、前言
帶有開放原始碼屬性的開源碼硬體之所以形成,要歸功於開源碼軟體運動的興起,自由軟體基金會在 1984 年時,推動了自由軟體基礎的 GNU 計畫[1],以
及伴隨使用的 GPL 軟體授權,這是一個讓程式開發者在散佈軟體時,必須附帶程式碼讓後續開發者能夠觀看並且修改的授權協議,在這樣的模式之下,除了自
由使用之外,也要履行修改後必須比照同樣模式分享的義務,而之後在這樣的運作模式下,另一個自由軟體系統 Linux 系統就興起了。
Linux 本身這個類似 Unix 的系統核心,是作者 Linus Torvalds [2]在大學時因為需要類似 UNIX 系統的環境所編寫,當中搭配了許多 GNU 計畫下的相關軟體
及工具,使得這個系統有越來越完備的功能,並且在伺服器市場上逐漸地被運用。
在 linux 系統興盛,並且相關自由軟體也逐漸流行時,在這樣程式軟體開放的框架下,開放原始碼公司逐漸在軟體業界嶄露頭角,人們發現開放原始碼架構
下的商業運作模式,被證實可行之後,硬體工程師們便開始思考在硬體設計的流程當中,參考開源碼軟體的可行性,而最先開始這樣的開源碼運作方式,是與軟
體最為相關的晶片 IC 設計開發。
- 2. OpenCores.org 就是因此誕生的組織[3],創辦人 Damjan Lampret 成立了這個開放晶片設計的社群,主要的功能是在於,除了讓人們透過互相開放分享描述
IC 晶片硬體功能的 VHDL 語言原始碼,更重要的是,透過這樣分享晶片設計當中矽智財的方式,也就等於類似半導體業當中,常見的公版運作模式,因此在一
些研發上的嘗試成本,自然就可以降低,而不同於商業公司提供公版經片的地方在於,OpenCores 分享出來的晶片設計,是眾人共同合作的成果。
而在 IC 晶片的開源碼開發模式形成之後,附加在 IC 晶片之上的電子產品,也出現了類似的開發專案,以最近國內最出名的案例來說,莫過於大眾電腦與
OpenMoko 合作推出的手機 Neo 1973[4]。該計畫的手機產品,除了在軟體的採用均是以開源碼軟體為主,硬體方面也完全採用有 GPL 驅動程式的硬體元件,
而且 OpenMoko 與 FIC 的合作,已經讓產品正式量產上市,開發者甚至不需要逐一自行組裝,大幅降低針對 Linux 手機開發使用的門檻。
二、開源碼硬體設計的特性
不同於商業公司的商業營運設計模式,開源碼硬體設計專案,往往具備有以下三種性質︰
1.較為開放的法律保護性質
在一般商業模式下運作的設計模式[5],通常都是歸設計師所屬的公司所有,並且該所有權通常都在著作權、商業機密協定、和專利法的保護下,所以通常
很少看到一個商業設計的產品背後,沒有包含相關的保密協定。
也因為商業競爭的保護原則,設計師通常也不能合法地取用、或製造其他原先就已經存在於市面上的設計,除非該先創設計是歸該設計師公司所屬,而比
較大的公司通常都會在產品的改良之後,附帶建立了相關的專利庫,用來保護自己的產品,並且作為將來和同業在市場競爭當中的談判工具。而對於使用者來
說,產品最終到他們手上之後,在如此層層保護的情況下,他們也沒有辦法直接地就去了解他們購買的所有物,究竟是如何地運作。
關於這方面,由於並非由專屬組織或是個人所創造,開源碼硬體設計的所有權,往往是屬於所有創作人共同所有,該設計本身僅受到著作權法的保護,而
不像一般商業設計的運作,會用重重法律來保護,之所以不採取如同商業設計公司般的法律保護措施,其原因在於,開源碼硬體的出發點,是希望硬體設計本身
可以被廣泛地運用,並且擁有不斷地延續性。
在這樣的共享精神當中,好處也在於開源碼硬體設計可以不斷地被重複使用,而設計師也可以不被限定地來改良及使用原有的設計,而且透過這樣的廣泛
- 3. 合作,也可以讓設計本身的知名度及使用能夠達到最廣泛的散佈。
2.搭配自由度較高的軟體工具
除了較為開放的法律屬性,開源碼硬體計畫通常在選擇使用的軟體工具上[6],也大多會指定具有同樣開放屬性的自由軟體,因為唯有選擇同樣也是以開放
為原則的軟體工具,才能確保軟體工具能夠配合日後的開發工作,如果因為硬體開發中途,有不同的需求發生,開源碼軟體也能夠因為其開放性,而對於新的需
求做出最快的修正,並且也不會有必須向商用軟體供應商妥協的情形。
不過有時候也會有例外的情況,The Open Prosthetics Project[7]是一個開源碼硬體類型的義肢專案計畫,希望能藉由自願者們提供無償的設計,最終能夠
製作出低造價的義肢,並且透過社群互動的方式,也能快速地改良製作以符合使用者需求,而在這個專案計畫中,由於 Alibre Design 提供該公司免費的輕量版
CAD 軟體作為贊助,所以此專案的推薦使用工具就並非開源碼軟體。
3.多人共同合作的協作環境
開放原始碼的成功,除了其開放及自由散佈的特性之外,最大的特色就在於多人協作的性質,一個開源碼硬體的專案,如果都要倚靠一個人去完成,那麼
專案完成的機率,除了會偏低之外,也會延長完成的時間,在第一點特性當中也提到,開源碼硬體的設計,就是為了讓更多人能夠運用,相對地在開發上,也可
以借助眾人的力量來完成,通常一個開源碼硬體的專案,在開始之後,就會有一個完整的概念目標,而如果其他對該開源碼硬體專案有興趣的人,就會前往了
解,並且協助專案發起人完成訂定的目標,如此一來就可以順利地完成開源碼硬體專案。
透過這樣的方式,也有出現本身做為一個平台,讓其他人也可以共同使用的情形,ThinkCycle[8]就是運用這樣的一個方式在運作的組織,其目標是希望推
動一個開源碼硬體設計的文化,使用者可以到其網站上註冊之後,設定一個關於開源碼硬體的目標主題或概念,讓其他人參與並且實行,或是參與現有的相關主
題專案,透過這樣協作的方式來達成設計硬體專案的研究。
三、開源碼硬體的快速成型系統
當開源碼硬體的設計模式,逐漸在電子產品上被證實可行之後,這樣的設計方式也逐漸往硬體外觀設計的領域擴張,由於硬體外觀設計的工業設計領域,
也一直在朝向數位化的方向進行,這樣的演變,也正好可以搭配開源碼軟硬體的進展。
- 4. 而針對數位化設計當中,最能夠銜接設計與製造流程的莫過於快速成型,由於快速成型機目前商用機種最低價格也大約都在至少 5000 美金以上,為了壓低
使用成本,以及對於快速成型做出整體流程的研究,在開源碼硬體方面也出現了二個與快速成型相關的硬體專案,分別是 RepRap[9]以及 Fab@home[10]。
1.RepRap
計畫的發起人 Adrian Bowyer 任教於英國 BATH 大學,有鑑於在 2005 年的時候,低階的商用立體快速成型機,最少都需要在 3 萬美金以上,並且製造成品的
成本在每立方公分 2 美金左右,所以決定自行製作被稱為 FDM 射出成型的快速成型機,並且在 2005 年 11 月製作出,該成型機當中負責射出成型的重要元件 Mk
II fused deposition extruder。
2006 年 10 月,第一台 RepRap 原型機正式組裝完成,當中採用了 GPL 的授權方式開放,原型機並且經過測試成功運作,雖然其精準度較差,不過由於成本
較低,花費 400 元美金與商用機種相比,仍有相當大空間可以改善,而該計畫也依舊持續在改進當中,至今 2008 年 1 月份,計畫網站中所展示的 RepRap 1.0 規
格 Darwin,所有需要組裝的零件販售價位大約在 299 歐元左右,定位準確度可到 0.1mm,厚薄度約為 0.5mm,在計畫網站上也已經可以看到正式射出的成品以及
使用示範,雖然表面由於 FDM 射出成型產生的紋路較不平整,但是已經可以產生與實物接近的模型來使用。
雖然最初所要達到的目的,是希望讓 RepRap 能夠最後發展為自行生產複製出另一台 RepRap。透過讓 RepRap 數量的增加,機器的價格成本才能有望大跌,
不過 RepRap 本身的成本已經相較之下相當低廉,所以可以直接用來使用在快速成型當中。
2.FAB @ HOME
該機器是由美國康乃爾大學的 Hod Lipson 教授和其博士研究生 Evan Malone 所共同研發,與 RepRap 相同,將機器組裝與運作機制完全公開,透過
Fab@Home 的網站,可以瞭解如何動手製作該機器的完整文件,不同於 RepRap 的地方在於,FAB@ HOME 採用的是分享強制性較低的 BSD 授權,目前在成本
上,Fab@ Home 的機器製作費用,大約落在 2,000 美元左右的自製組裝成本,購買已組裝完成的機器約需花費 3600 美金左右,而其精準度,如果搭配較不易流
出變形的材料,可以比 0.1mm 更精細,精準度最多可達 0.025mm。
FAB@ HOME 的製造價格較為昂貴,不過該硬體可使用的材質較不受限制,像是石膏、蠟、低熔點金屬等等,都可以用來作為射出成型的材料,網站上甚
至示範以可實用材質,例如巧克力作為射出原料。不過 FAB@ HOME 其運作速度依舊較慢,該計畫網站上也提出,如果要使用於商業用途,建議還是購買商用
機種的快速成型機較為恰當,FAB@ HOME 僅供個人及教學研究用途為其主要目的。
開源碼硬體除了提供較低成本的優勢,讓一些較低階、較低精準度的快速成型使用需求,能夠被滿足之外,另外一個方面的期許,則是由於其硬體開放的
屬性,可讓同樣有相關需求的使用者,也能夠參與上述的開源碼快速成型系統,並且予以改善。
- 5. 四、開源碼硬體設計與使用者接續設計的互補性
傳統產品設計當中,不論是模組化或客製化的設計,產品到達使用者的手上時,其功能性都已經被限定住了,而使用者接續設計[11]所強調的,是希望讓使
用者,除了使用既定功能的產品之外,也能夠自己發揮設計的創意,讓產品擁有原來被賦予的功能之外,還能成為其他用途的可能,從開放設計的特性來看,開
源碼硬體與使用者接續的出發點是相同的。
使用者接續的產品特性包含︰(1)具可重新組裝之產品構件(2)具創意友善介面(3)讓使用者不限制於產品用途的容對性。
在這當中,開源碼硬體在完成專案設計之後,如果能夠學習到這些部份,將會對於專案的完整度有所幫助,其中最主要的就是針對使用者操作改善的部
份,除了電子硬體的電路之外,開源碼硬體可以透過讓自己的外部結構,改善為具有方便重組的結構,也更可以讓後續的使用者能夠更方便地針對不同的用途做
改良,友善的介面以及不限制用途的容對性,對於後續硬體的使用及散佈,都有達到最大效益的幫助。
雖然使用者接續在概念上,與開源碼硬體有許多相似之處,不過當中還是有幾點不同的地方需要注意︰
1.從使用者接續本身,了解到關於強調產品專利保護的特性,這點雖然與開源碼硬體希望本身具有開放性,並能成為公共財的部份相左,但是開源碼硬體也
並非完全就限制後續權利的保護。例如專利保護的特性,其實就違反了 GPL 授權散佈後,如經使用後做出改良,也必須釋出的 COPY LEFT 特性,但是如果一定
有必要保有專利保護本身的權利的話,在 BSD 授權下卻可以被允許。
所以在選擇開源碼硬體授權時,如果當中有後續權利保護的考量,在一開始建立專案時,就必須要考量清楚,但是開源碼硬體專案本身,一開始是必須擁
有開放性這點,是與使用者接續設計當中的專利保護不同,開源碼硬體專案的授權,可以選擇允許後續改良的權利被保護,例如後續改良者可依授權不同,而被
允許申請新型專利,但是專案本身的開放性還是必須從一開始就被建立並且保持。
2.使用者接續的產品,是在產品主要用途已經確立之後,於產品推出前的一開始,就設計好後續的使用者接續,並且考量至送達個人手上後,能夠發揮不同
用途的可能性,本身並沒有強調共享設計的概念,而是希望使用者自行發揮。
而開源碼硬體則是由於硬體本身的功能,往往在專案建立時,都尚未建立完成,所以是必須先強調透過協作的方式,達到完成設計產品本身的用途,而改
良以及後續其他用途發展的可能性,則是後續才要考量的部份,當中的優先順序較為不同,並且由於後續的改良及發揮,也是倚靠多人協作的性質才可能產生,
這點必須要有所了解。
- 6. 五、結論
麻省理工的 ERIC VON HIPPEL 教授[12]提到,從開放原始碼軟體的運作模式當中,可以了解到人們對於自己所使用的物品,往往會有需要改良或變更結構
的需求,並且常常也樂於無償提供給他人自己的使用經驗,在這樣的創新民主化的過程當中,希望能夠發展出一個以用戶為中心的創新系統。
開源碼硬體的發展,也是在這樣的宗旨下出現,並且由於開源碼軟體的配合,使得開源碼硬體本身也得以使用數位化的產品設計的流程,例如使用開源碼
的 3D 軟體從事虛擬設計,而開源碼硬體的快速成型系統,更是達到銜接整個開放原始碼開發架構的核心,讓外觀及結構設計方面的開源碼硬體,獲得了踏出電
腦及紙上作業的環境,或許在精密度方面,尚未能夠與商業機種相比,但是由於開源碼硬體本身的開放性,所以至少在改良及後續發展方面,是使用者們可以去
掌控的。
而開源碼硬體專案完成後,後續的改良方向,則是必須要考慮到使用者接續的問題,如果能提供使用者方便友善的介面,並且讓操作人在遇到特殊的需求
時,也能夠便利地改良其結構,對於此部份來說,也不啻是讓開源碼硬體擴散使用更廣的優點。
然而開源碼硬體在現有的法律環境下,卻也有不利之處,原因在於硬體有不同於軟體的法律屬性,軟體的創造本身大多無專利權的保護,而是透過方法專
利的方式,來符合以自然法則技術所創造的要件[13],以達成專利保護的目的,否則軟體本身是在著作權的保護下,於是得以不公開原始碼,所以開源碼軟體才
能夠為了達到同樣的使用功能,透過另外撰寫程式碼的方式達到目的。
然而硬體本身因為就是屬於自然法則中,實體產出物的一部份,所以在現有的專利架構下,如果開源碼硬體實做出的產品,是實現原先已經受到專利保護
的功能,還是會有侵犯專利的疑慮,所幸基於專利法第 57 條第一項之規定,為研究、教學或試驗實施其發明,而無營利行為者,屬於專利權不及於的範圍,所
以如果開源碼硬體本身的功能,是有他人已經先行申請專利的保護,但是只要在非商業行為的情況下,自行製造及使用開源碼硬體,本身是不觸犯法律的。
開源碼硬體的創作設計模式,可以自由地讓所有人參與並且使用,雖然由於有專利侵權的疑慮,不過卻相當適合用在公益及教學用途,但是倘若要進入到
商業運用的階段,則需要注意到其他既有專利的問題,最好是先尋找法律專責的人員,並且詳細了解,才不至於侵犯到他人權利。
- 7. 參考文獻
1.「FSF 自由軟體基金會」http://www.gnu.org/home.zh-tw.html
2. 維基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/Linus_Torvalds
3. Damjan Lampret︰http://www.lampret.com/
4. OpenMoko︰http://wiki.openmoko.org/wiki/Main_Page
5. Graham Seaman, Oekonux conference, May 2001.「What is a `free hardware design'?」,
http://www.opencollector.org/Whyfree/freedesign.html
6. Graham Seaman 1999,「Free Software and Free Hardware Designs」,
http://www.opencollector.org/Whyfree/whyfree.html
7. The Open Prosthetics Project︰ http://www.openprosthetics.org/
8. ThinkCycle︰http://www.thinkcycle.org/about
9. RepRap︰http://reprap.org/bin/view/Main/WebHome
10. Fab@Home︰http://fabathome.org/wiki/index.php
11. 陸 定邦 , 張 嘉玲,設計學報,第十二卷第二期,「使用者接續設計之概念與設計流程」
12. ERIC VON HIPPEL,「Democratizing Innovation (2005)」,http://web.mit.edu/evhippel/www/books.htm
13. 中華民國專利法第廿一條︰發明,指利用自然法則之技術思想之創作。