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一等獎

開發影像辨識系統應用於離岸流偵測預警

離岸流是海灘安全的重大隱患,台灣有30處海岸經衛星拍攝到離岸流。其發生時間和地點不定,且會迅速將人帶離岸邊,最遠約100公尺。民眾常因掙扎而體力不支,導致溺斃。為減少此類事故,本研究開發了一套離岸流偵測預警系統,構建出準確度超過95%的辨識模型。 因台灣無離岸流圖庫,本研究除國外圖庫,也加入台灣GoOcean等平台的即時影像,以貼合台灣實際狀況。經影像前處理後,共約四萬張圖片和五十部影片用於訓練YOLO v8模型。當偵測到離岸流,即時透過Discord發送警報至救難中心。我們也加入人形辨識功能,若系統同時偵測到人與離岸流,則加強警戒等級,從而提升救援效率。 完成離岸流辨識系統後,我們著手開發預警功能。將辨識模型應用於各地監視器,蒐集更多離岸流資料,再先後使用YOLO v8和Transformer提取生成特徵,預測其發生,以達成預警的功能。

在量子電腦上模擬量子諧振子隨時間演化

量子電腦是近年來新發展的科技,利用量子糾纏態的量子位元進行計算。本文希望可以利用量子電腦計算諧振子隨時間演化算符。而這也是我第一次在量子電腦上模擬諧振子隨時間演化系統。首先我找出可以用於諧振子算符的合適算符矩陣大小、空間步長(Δ𝑥)、質量(m)、角頻率(ω)並且在位置基底下表現時間演化算符矩陣。設計並簡化量子電路後,使用IBM公司提供的量子電腦模擬並計算數值。我透過矩陣修正減少修正輸出錯誤產生的誤差,達到較精確的結果。模擬出在一個時間單位內的數值與理論值大致相符,未來希望可以利用此量子電路尋找矩陣的特徵值或是模擬更大型的系統。

基於特徵解耦的視覺轉換器之指靜脈辨識模型

發展安全且可靠的身份辨識技術是當今的重要議題,而指靜脈因其高安全性及難以偽造特性成為我們的主題。本研究提出一種基於Transformer模型架構的指靜脈辨識模型稱為GLA-FD,旨在解決現有技術對指靜脈影像特徵表示與提取的局限性。透過開發特徵解耦與重建模組(FDRM),模型能夠有效區分指靜脈的背景資訊與紋理特徵,並將其重新組合以提升辨識準確度。此外,本研究開發的全域-局部注意力模組(GLAM)能同時捕捉影像的全域與局部特徵,進一步強化模型對指靜脈特徵的理解。GLA-FD在FV-USM、PLUSVein-FV3、MMCBNU-6000、UTFVP、NUPT-FPV 資料集中的正確辨識率(CIR)達到100%、98.47%、99.75%、96.11%、99.82%,展現卓越的穩定性與泛化能力。此外,本模型在處理不同年齡層、國籍與影像模糊度的資料下,仍能保持高辨識準確度,顯示其在需要高安全性辨識的應用場景中具備廣泛的實用性。

探討一種新穎腺苷調控藥物對於思覺失調症及焦慮症的治療潛力-以藥物及壓力引發之疾病小鼠為模式 Investigating the therapeutic potential of a novel adenosine modulator(NAM) on the treatment of schizophrenia and anxiety disorders using mice as a model

思覺失調症與焦慮症皆是嚴重損害病人健康且造成社會極大負擔的精神疾病,急需研發有效治療藥物。本研究以藥物及壓力引發之小鼠異常行為為模式,探討新研發的新穎腺苷調控藥物(Novel Adenosine Modulator)對於這些疾病的治療潛力。實驗一以藥物 MK-801 引發成年雄性小鼠類思覺失調症症狀,給予新穎腺苷調控藥物可緩解曠野測驗中 MK-801 引發的過度活動量,且不會造成小鼠產生失樂症狀或體重改變。但對於 MK-801 引發的感覺動作門閾過濾反應缺損則無顯著療效。實驗二以不可預測長期輕微壓力(unpredictable chronic mild stress)引發成年雄性小鼠類焦慮症與類憂鬱之行為異常,新穎腺苷調控藥物可以改善小鼠的失樂症狀。這些結果顯示這個新藥具有潛力值得後續繼續研究。

格子點的可見性研究

本文的主要結果有兩部分,第一部分,對於固定的𝑏 ∈ 𝑁以原點 O為觀測點,𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥𝑏, 𝑎 ∈ 𝑄為觀測視線,觀測目標為格子點陣列𝑉(𝑚) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑖 ≤ 𝑚, 1 ≤ 𝑗 ≤ 𝑚 },研究其中可見點的數量與機率。我們發現可見點的數量與歐拉函數及默比烏斯函數有關,可見點的機率也與黎曼𝑧𝑒𝑡𝑎函數具有關聯性。第二部分,對於固定的𝑏 ∈ 𝑁,我們在 𝑥軸與𝑦 軸上布置觀測點,以布置的觀測點為新原點,𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥𝑏, 𝑎 ∈ 𝑄為觀測視線,研究將目標點集𝑉(𝑚 × 𝑛) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑖 ≤ 𝑚}完整觀測的布點方法與數量。得到重要成果如下,設正整數𝑚 ≥ 6且𝑇 ⊂ {1, … , 𝑚 + 1}為一個 𝐹(𝑚) −覆蓋,𝑟為大於𝑚的最小質數,對於目標點集𝑉(𝑚 × 𝑛),建構觀測點集 𝑆2 = {(0, 0), (0, 𝑟)}∪{(𝑡, 0) | 𝑡 ∈ 𝑇},則 𝑉(𝑚 × 𝑛)為𝑆2 −可見。並進一步研究將目標點集改為𝑉(𝑛 × 𝑚) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑗 ≤ 𝑚},發現其所需要的觀測點數可顯著減少。

猜拳與轉向中的運籌帷幄- 探討人類與鼠婦在連續決策行為 的偏好與決策經驗依賴等特性

本研究記錄人類進行「剪刀石頭布」遊戲時的決策行為,也設計T型迷宮建立鼠婦之負趨光行為作為動物模式,探討行為偏好與決策依賴性等特性。我們發現「出石頭」的機率較高,且時間間隔縮短後,「出剪刀」的機率增加而「出石頭」的機率減少,並會展現負相關的決策經驗依賴性,其中「慢出組」更為明顯,代表出拳間隔縮短而減少意識作用,負相關的決策經驗依賴性即會減弱。另一方面,鼠婦在負趨光性刺激剛消失後,仍呈現負趨光性的選擇方向,具有習慣性。鼠婦在選擇行走方向多次後,會呈現與前次選擇的正向相關性。在負趨光性的環境刺激後,上述的現象會先消失,而後再現。若負趨光性刺激方向轉換,則原先的趨光行為消失,應是因方向選擇的習慣性干擾了負趨光性的選擇。

探討濕地耐鹽菌對植物耐鹽及根部的交互作用

本研究從濕地篩選出可能為新種的耐鹽菌Oceanobacillus sp.,暫命名為OC2,其在無植物相伴狀態下不會降低土壤含鹽量,但卻在與植物共存後誘發特殊機轉,促使土壤含鹽量降低約,並提升植物耐鹽能力,顯示 OC2與植物存在特殊交互作用。深入研究發現,OC2能產生IAA,並吸引植物根部向其生長以利其進入根部,並在鹽逆境下分泌代謝物以刺激植物合成脯胺酸 (增加達98.5%)提升根部滲透壓、增加葉片類胡蘿蔔素及類黃酮含量以提升植物抗氧化力。植物方面,鹽逆境下植物分泌的化學物質會觸發OC2產生更多的IAA(約17%),藉以刺激植物根系發展以利水分吸收,而OC2的存在會促進根部澱粉酶活性上升達88%,以分解澱粉產生可溶性醣類供OC2使用,推測兩者存在共生關係。本研究展示新種耐鹽菌與植物的交互作用,期待透過此菌改善鹽化農地並能提升作物產量。

圓緣相連—關於忍者通道性質之探討

本作品由2023年IMO的第五題出發,希望探索在忍者通道中的其他性質,首先思考改變每排中放入的球數並觀察規律,進而推廣到三維圓圈塔中的性質,最後使用hyper-cube(超立方體)的情況進行一般化的推廣與構造的優化,完成最小值問題的求解,另外也對於特例部分探索解的總數。

開發組織蛋白酶B之抑制劑前驅藥物及其效能探究

在某些癌症或癌前病變時,存在於溶酶體的組織蛋白酶 B的表現量會增加,目前雖然已有Ac-LVK-CHO藥物可有效抑制組織蛋白酶 B,然而此藥物無法充分進入溶酶體,精準發揮藥效作用。本研究透過自行合成 Ac-LVK-CHO,且在其結構上進行化學修飾,製得前驅藥物以提升藥物效能。此研究自行設計合成方法與修飾基團,已成功在Ac-LVK-CHO 的胺基修飾上引導基團 morpholine,使其更易進入溶酶體,同時也在醛基修飾上光解性保護基團 2- nitrobenzyl alcohol,使此前驅藥物在溶酶體內可經調控發揮活性。實驗已驗證前驅藥物的光解性質,以HPLC 圖譜與質譜分析確認此藥物照光 30 秒可完全被釋放,且光解過程為一級反應。後續將統整前驅藥物富集於溶酶體的定量結果,完成此合成前驅藥物的全面性效能評估。

探究螢光單體分子對激發複合體發光性質的影響及其應用

本研究設計與合成一系列的電子供體分子,以研究分子單體的化學結構對於所形成的激發複合體光物理性質的影響。 五個所設計的供體分子已被成功的合成並確定均具有分子內電子轉移的性質 其躍遷偶級距變化分布範圍在17.6-28.6D之間。 將此五個供體分子分別與兩種電子受體分子在溶液聚集在一起,利用在長波長處所新生的螢光發光,推測激發複合體的形成。研究的成果並顯示,具有類似三角形結構的供體分子將更容易形成激發複合體,而具有棒狀結構的分子則較不易形成之。此成果有效的提供有關於單體分子結構的設計對於所需激發複合體光物理性質的影響,形成可快速地提供各式不同發光波長的材料,將可作為在發光二極體發光層材料、螢光感測器、生物成像等領域需求時的分子設計藍圖與指引。