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第65屆--民國114年

空間中兩圓柱面或兩圓錐面之交集研究

本研究探討三類幾何結構的交集特性:第一,兩個直圓柱面在特定條件下相交時,交點集合的幾何特性;第二,兩個直圓錐面相交時,交點集合的幾何特性;第三,一個直圓柱面與一個直橢柱面相交時,交點集合的幾何特性。我們透過數學建模,理解圓錐曲線在不同條件下所形成的圖形,並進一步探索其數學特性。研究過程中,我們考慮了兩個直圓柱面的相對位置、中心軸夾角的變化與比例關係,兩個直圓錐面的相對位置與中心軸夾角的變化,以及一個直圓柱面與一個直橢柱面的相對位置與比例關係,並透過數學推導與動態幾何模擬來分析這些變數對交點集合的影響。

太陽能,電來電往

探討雙面太陽能電池較傳統單面太陽能電池之發電效益差異,分析太陽光在不同材質地板的反射與散射,太陽能板安裝角度與方位,對於發電量的影響。雙面太陽能電池可以增益11%至37.5%發電量;等同降低37.5%發電成本。台灣位於北半球,考量整年最大發電量,應朝南安裝,安裝角度應與所在位置的緯度相近,並搭配白色表面粗糙之高反射和高散射地板,獲得最大發電量。單面太陽能電池,朝北或東或西安裝,與朝南安裝比較,發電量降低約50%;如果改成雙面太陽能電池,不但可以增加總發電量,亦可以將差異縮小至30%以下。如果因為建築物限制,只能選擇不是朝南安裝,或是不能選擇最佳安裝角度,雙面太陽能電池可以減少這些不利因素的影響。

「奈」能可貴:腦中風治療之新希望

據衛福部統計,腦血管疾病穩居國人十大死因,但腦中風在西醫治療的選擇有限。中藥腦得生養腦散(BNG-1 Powder)具抗炎、血管重塑功效。而本研究將探討奈米化 BNG-1 作為腦中風治療藥物的潛力。 利用微乳化技術,將BNG-1水(W)、酒精(E)萃取物包覆於聚氰基丙烯酸丁酯(PBCA)奈米載體,製備PBCA-BNG-1奈米粒子,探討其作為BNG-1藥物遞送系統的安全性和有效性,並評估其於缺糖、缺氧/再充氧(OGD/R)環境對神經細胞的保護作用及血腦屏障(BBB)之通透性。 結果顯示,PBCA-BNG-1奈米粒子能藉由抑制發炎、自噬和細胞凋亡,保護神經細胞免受OGD/R誘導的損傷,亦刺激神經生長因子NT-3表現及神經突觸生長,並有效穿透BBB,提高藥物遞送效率,且以PBCA-BNG-1-E奈米粒子效果最佳。 研究證實,以奈米技術改變BNG-1劑型,有助於未來腦中風治療。

十字路口人車碰撞預測之研究

本研究探討如何利用電腦視覺技術預測十字路口行人與車輛碰撞風險,提升交通安全,採用YOLO物件偵測與運動追蹤技術,分析監控影像,透過LSTM 進行時間序列預測,評估可能的碰撞風險。研究先進行影像標註與資料處理,提升自訂物件偵測能力:偵測行人與車輛和追蹤其移動軌跡,建立LSTM預測分類模型,學習運動模式以預測碰撞風險。研究設計先用小球碰撞實驗模擬真實交通場景,訓練模型預測碰撞風險,並透過驗證分析調整參數,再進行實際路口影像處理。結果顯示能預測未來2秒碰撞風險的準確率達73%以上,還可以持續改進,提升精準度。未來,本研究可結合智慧交通管理與車聯網,提升道路安全並減少碰撞事故。

反泡泡的變形之舞:拉格朗日分析看見動力系統

入射界面活性劑滴第一次觸碰水面時可能直接入水,也可能不會穿透,形成水珠,但在高度較高而使其產生液柱之後再次掉落時,某些情況會產生反泡泡,本實驗將探討其發生條件。並且研究反泡泡在水中的運動情形。首先,我們設計並建立了一套穩定產生反泡泡的裝置,以確保其生成的可控性與重現性。其次,我們透過調整內部液體的密度,探討內部液體密度對反泡泡運動情形的影響。另外我們利用生成大量反泡泡使他們發生碰撞並探討其運動方程式。

生生不息

如何應用現代科技更有效節能? 可調光LED照明系統一(AMB82+L298+5730LED+光敏電阻),讓室內環境的光照度保持在適合閱讀的範圍(550~650lux),這樣做還可在有開窗戶時省8%左右的電能。 可調光LED照明系統二(AMB82+L298+5730LED+GenAI),讓室內環境的光照度保持在適合生活的範圍( 300~400lux),這樣做還可在有開窗戶與太陽時省20%左右的電能。 如何讓我們的家更舒適? 空氣品質檢測控制系統(AMB82+一氧化碳感測器+DC風扇+繼電器),當室內空氣不佳時,例如:抽菸,自動開啟離心扇,把二手煙抽到室外;當夏天開冷氣時,也可以開啟風扇往內吹讓空氣循環更好,節省冷氣用電。

水底紅塵起,山頭白浪飛

水中地形的探測多半傾向於專業領域方能觸及之項目,然而對一般學生而言,亦有可能需要使用水底探測的時機,成本考量與可行性將是一大挑戰。本研究旨在找出可能的辦法解決上述問題,並測試準確度。最終本研究利用防水的超音波感測器作為聲納掃描後,利用架設好的server回傳超音波數據,預處理後以立體模型的方式呈現出來。經由路面和水中實測並取得實驗數據,於結論中有詳盡資料測值,具有可視化的地形建模,和簡單上手的操作介面進行觀測,未來期盼能成為簡易且實用的探測儀器或改良原型,並能投入其他水上領域。

啞鈴幫我數與運動姿態分析系統

健身房四處林立,健身為現代人所崇尚的活動,人們知道健身的益處,但須持之以恆才能享受,否則容易受到傷害。根據研究證實適當運動對身體的益處大於壞處。傳統啞鈴只是一種健身器材,但也是最佳器具之一,然而每次操作時使用者須自行計算次數,使遺漏次數、多算次數等問題層出不窮,容易造成使用者心理負擔和增加運動傷害的可能性。在作品中我們將啞鈴結合科技,使用時在啞鈴或手機設定次數,啞鈴即可幫助使用者計算次數,也能糾正使用者動作是否標準,當達到設定次數時,啞鈴會發出聲音提醒使用者。系統以ESP32為主控器,搭配6軸加速度感測器偵測慣性運動,介面設計有HMI、心率感測器及藍芽無線傳輸控制,再經由手機APP程式記錄操作者每次運動姿態。

聲音農藥? - 探究自然環境聲音對植物向性與化學防禦影響之研究

本研究探討自然聲音對植物生長與防禦機制的影響,並評估「聲音農藥」在農業中的應用潛力。我們測試了流水聲、雨水聲對黑豆發芽與植株生長時其根生長向性的影響,以及蟲啃咬聲對小白菜葉片被害程度及防禦機制的影響。結果顯示,在流水聲與雨水聲環境下,黑豆植株的根部傾向於朝向聲源方向生長,尤其在缺水環境下更加明顯,顯示植物可能利用聲音信號調控根部生長方向。此外當小白菜暴露於蟲啃咬聲時,其揮發性有機化合物(TVOC)釋放量增加並有效降低紋白蝶幼蟲的啃食行為,證明聲音刺激可觸發植物的防禦機制。 本研究的發現支持了聲音可作為非侵入性環境因子來影響植物生理反應,並為未來發展環保型農業防治技術提供了新的視角。

應用濕度感測器監測食品保存性之研究

首先以濕度儀測量花生樣品之水活性,需時超過264分鐘,而水活性儀僅約22分鐘,經實驗證明,較小的密閉空間可加速平衡相對濕度的穩定,進而縮短測試時間。因此,本研究設計自製 DIY裝置,樣品槽上部空間採用圓錐狀設計可縮小空間,同時促進水氣向上集中,提高測量穩定性。進而利用六種飽和鹽液進行校正,得到趨勢線方程式應用於DIY裝置之校正,使其測量結果與專業水活性儀無顯著差異。就經濟成本分析,濕度儀與水活性儀的購置成本分別為新台幣9,500元與103,500元,而 DIY裝置的材料成本僅為1,151元。本研究開發之DIY裝置在提升測量準確性與時間效益的同時,亦具備高度成本效益,未來頗具商品化潛力。