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第65屆--民國114年

鋸見AI-木工教學訓練機具安全防護之研究

科技課程中木工機具的安全問題備受關注。本研究整合視覺語言模型與手掌辨識技術,即時分析操作時的手部姿態,以判斷危險程度,並可傳遞危險訊號至智慧插座,自動控制機具停機,減少意外發生。其中實驗照片測試集共396張,涵蓋12種手勢與3種環境亮度(750、500、300流明),透過不同提示詞(Prompt1~Prompt6)改善鋸見AI的分類效果。並且最佳模型(Prompt6)在危險手勢的正確率達99.3%,警戒手勢89.8%,安全手勢86.4%,表現高度準確性。此外,手掌距離辨識在500流明環境亮度下的誤差低於0.5公分,可作為系統後端危險狀況停機的重要輔助依據。在教學應用上,系統能即時辨識危險手勢並成功切斷電源,平均反應時間約為170~200毫秒,展現出即時防護的實用性與教學輔助潛力。

橡皮筋平行四連桿輔助設計程式開發與研究

平行四連桿機構廣泛應用於機械手臂中,若於桿件上加掛橡皮筋,可顯著降低轉動所需力矩,實現節能。然而,現有設計多依賴經驗與試錯法,缺乏系統化方法。本研究開發出高直觀性橡皮筋平行四連桿輔助設計程式,能提升機構設計效率與準確性。透過建立橡皮筋施加於連桿的數值分析力矩模型,並透過實驗數據對彈力常數進行非線性修正,提高模型有效性。同時,構建綜合指標以評估系統性能,並運用基因演算法搜尋最佳參數組合。實驗結果顯示,運用輔助設計程式尋找橡皮筋的最佳掛置點,能抵銷高達99%連桿所需做功,展現極高應用潛力。未來將納入轉動慣量與摩擦力,進一步提升模型現實性,並推廣至其他四連桿機構設計,為機械系統節能提供全面解決方案。

鋁空氣/二氧化碳電池-自製氣瓶探討電池效能

近年來溫室效應日益嚴重,我們注意到可利用氣體作為正極的空氣電池,並思考是否能將工業排放的CO2儲存後作為正極氣體並轉換成電能。本研究重點在基本電池和正極氣體兩部分,首先思考如何製作效能高的鋁空氣電池,再嘗試以CO2取代空氣,並找出增進鋁二氧化碳電池效能的方法,研究出能消耗CO2並轉換成電能的電池模組。實驗結果顯示:(1)最佳電解液為鹼性3.0 M KOH(aq);(2)純氧為最佳單一氣體;(3)三乙醇胺為最佳改質劑;(4)驗證CO2能參與反應;(5)CO2 80%時電壓最高;(6)設計出鋁空氣電池組能長時間穩定輸出5.7 V;(7)最終製作出的鋁二氧化碳電池組能長時間平均輸出電壓2.62 V。

「萍」分秋色—探討浮萍季節消長的關鍵因子與競爭策略

生態棲位相近的青萍和水如何共存?同時我們也觀察到兩浮萍在夏冬有明顯消長:夏季水面多由水萍主導,冬季則青萍佔優勢。深入探討兩者競爭策略,發現水萍透過提升抗氧化能力增加葉狀體間連結數,放大植株間吸引力,並以鈣離子誘發的葉狀體隆起等方式釋出更多生長空間,偏向保守鞏固策略;青萍則任由ROS累積觸發葉狀體斷裂,降低植株間吸引力,憑藉個體小與高填空效率,採取侵略佔領策略。此外,研究發現光週期與光敏素為浮萍季節消長的關鍵因子:夏季長日照累積Pfr造成連結數提升,利於水萍鞏固優勢;冬季短日照誘使Pfr變回Pr,促進葉狀體斷裂,助青萍佔領水面。此發現揭示光週期如何調控浮萍季節消長,為水生植物競爭提供新見解。

巨晶的前世今生—關西馬武督鋯石定年及地質意義之探究

本研究主要探討新竹關西馬武督地區鋯石巨晶的形成年代、生成機制與地質意義。該地區鋯石具有高達3至5毫米的巨晶,不同於台灣其他地區以微米級為主的鋯石。透過採集與分析樣本,結合玄武岩的微量元素及鋯石的鉿同位素分析,揭示馬武督地區鋯石的來源與形成環境。研究結果顯示,鳳山溪上游的玄武岩脈提供發現鋯石的有利條件,而馬武督鋯石巨晶的生成與長時間結晶、緩慢冷卻速度及捕獲外來晶體的地質條件密切相關。根據定年結果、微量元素蛛網圖、鉿同位素分析結果,推論認為:馬武督鋯石巨晶並非直接在玄武岩中生成,而是被鹼性玄武岩漿捕獲後保存下來。本研究加深對鋯石在玄武岩中形成機制的理解,對此區地質演化研究提供一個良好的解釋機制。

簡單離心水泵的未滿水流動模態

這份研究探討利用正三角形旋轉吸管構成的離心泵抽水的現象。我利用電鑽固定此三角形結構,使其部分浸入水中並定速旋轉。我們發現在吸管的管徑-旋轉半徑比大於一定值時,水流因無法穩定地充滿整個吸管,離心泵中的水流將會穩定的僅占據吸管的一部分。我測量「吸管的幾何參數和旋轉角速率」對「抽水流率」的關係;以及「旋轉角速率」對「抽水流速」的關係,並以穩層流下的流體力學模型(白努力方程式在旋轉座標系中的修正+流體力學穩定性分析)加以解釋,在不使用數值模擬的情況下方了解了此未滿水模態的水流情形。

我的 AI 自行車教練

本研究透過專家訪談了解自行車訓練核心訓練要素,開發「我的AI自行車教練」系統,期能提升初學者騎乘穩定性,利用micro:bit三軸加速度感測器即時監控騎乘姿勢變化、霍爾感應器量測速度以及i20心率感測器偵測心跳。所有數據透過藍芽傳送至 Scratch (bDesigner),進行即時騎乘姿勢與數據可視化呈現,並整合生成式人工智慧(GAI)分析結果,提供個人化的訓練建議與姿勢調整建議,最後讓訓練者進行實際測試。結果顯示,本系統能有效提升騎乘姿勢穩定性與騎乘效率,GAI能提供科學化的訓練報告及精準訓練建議,與專業自行車教練的意見一致,證明「我的AI自行車教練」具實用性與應用潛力。

轉廢為能,防災造電

本研究共實驗11種金屬當電極片,電功率的效能最佳是鎂片和碳片,過程中發現電極片材質會影響電壓,而電解溶液種類、電極片間隔、面積和浸泡範圍,則會影響電流量,間隔越小或面積越大,電流值越高。木炭和鋁罐、鐵罐或鋁箔紙可以用來簡易造電,以鋁箔紙最佳,但實測卻電壓不足,推測是鱷魚夾太多的緣故。因此利用鋅片和銅片可焊接的特性、鎂片和碳片發電效能最佳,分別進行串並聯實驗,而金屬電極片有著體積小、不易變質、能長久保存的特性,特使用3D列印機印製電池外殼,多次改良,以鎳片代替電線,開發出串聯5個並聯4組的防災電池,實測手機充電,歷時457秒,共43毫安時(mAH) ,約有5%充電量,本研究已有實體成品,可以直接應用在生活中。

「捲」動未來-摺紙仿小卷機器人之探究

我們觀察到小卷在水中移動時,若受到驚嚇或刺激,會以噴射方式迅速前進。基於此特性,我們設計並製作了仿小卷動力機器人,模擬其水中移動行為。寶特瓶小卷 模型皆採用水力作為動力來源,並以近似小卷的材質與比例製作,使其運動方式更貼近真實生物。完成初步實驗後,我們嘗試讓模型能像真實小卷般自行移動,因此運用校內的3D列印機設計零件。並且模仿小卷的動力,做出外殼,使用棘輪裝置收縮彈出產生速度,使仿生小卷能達到推進的效果。

麥芽糖遇到愛-黏滯性阻尼器應用建築物減震效果

本研究利用自製地震模擬器,自製彈簧阻尼器、麥芽糖黏性阻尼器,自製模型屋,手機震動APP檢測X、Y、Z軸最大加速度,作為阻尼器減震效果的優劣,實驗結果:彈簧阻尼器彈性較高,無法完全吸收震動能量,因此減震效果有限。黏滯性阻尼器對模型屋 減震效果:1支黏滯性阻尼器震動大時減震效果較佳,最大加速度減震36.20%,黏度低優於黏度高。2支黏滯性阻尼器配置X型,在X、Y、Z軸與最大加速度4項,最高可減震56.29%,27.55%、57.80%、53.06%。對鋼骨結構模型減震效果:配重220克最大加速度減震23.83-33.38%,不同配重差異性不大。不同樓層最大加速度五樓的減震最佳28.79%-35.52 %。裝設1、2支阻尼器减震效果19.88%-29.99%,並非裝設越多阻尼器減震效果越佳。