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臺灣

一筆成型-探討多面體最短步行數

本研究以多面體的「邊」為思考主軸,探討各種多邊形如何利用最短的銅線長度才能串成立體模型及是否可能一筆畫描繪完成,並實際製作多邊形模型浸入泡泡水來討泡膜形狀,研究結果發現只有六面體和正八面體可以一筆畫描繪完成,而串成各多邊形立體模型最短的銅線長度只有角錐和角柱二種立體模型具有規律性並與最少邊重複次數的路徑有關係,而且由邊長推導出N角柱(或角錐)的最短步行長度等於以奇頂點數推導出N角柱(或角錐)的最短步行長度,我們也利用歐拉定理來證明我們的最短步行長度是正確的。

當地震發生時—路上交通工具的變化

一、從看電視時,突然發生有感地震,家人都很慌張;到了學校也舉辦防震演習,使我們知道地震發生時,該如何來防備。可是真的強一點的地震時,大家都不知所措。 二、我們研究的重點是當地震發生時,路上交通發生怎樣的變化?我們設計了圓球體、圓柱體類和單輪車、雙輪車、三輪車和四輪車;在路上行駛時突然地震,會有怎樣的變化。 三、實驗時,我們利用廣告顏料塗在輪子上,當地震發生時,這些器具會在地震板上留下痕跡,我們從這些痕跡判斷地震當時的車子是怎樣前進的;也知道火車車廂在鐵軌上的行駛狀況。 四、建議交通部對交通工具中的安全設施,應該想出安全的方法,來保障旅客生命的安全。

迪化汙水處理廠降解雌激素之菌種純化

雌激素為一種固醇類的環境賀爾蒙,若水生動物長時間暴露於低濃度的雌激素中,即會導致其生理及行為異常。我們企圖從迪化汙水處理廠中分離純化出能有效降解雌激素之菌株,希冀了解這些菌株的生理特性與降解雌激素的能力。首先在活性污泥中加入高濃度雌二醇(1mM),以增進雌激素降解菌在菌群中的比例,接著利用十倍序列稀釋進行菌株純化。培養期間以薄層層析檢測雌激素降解活性。隨後以固態培養基培養法取得單一菌落,並進行聚合酶連鎖反應及核酸定序。之後我們亦將純化出之菌株進行其他固醇降解測定。目前純化出一株Novosphingobium屬的變形菌,其為一新的菌種,確實能降解雌二醇及其他固醇,包含雌酮、雄烯二酮、膽酸、孕酮和睪酮。然而,其並不能降解乙炔雌二醇。該菌株具有修復受汙染環境及製備雌激素相關藥品之應用潛力。

強磁場下電漿孤立子的演化

本計畫採用數值模擬進行研究,並建立一維電漿模型來模擬電漿孤立子在不均勻背景中的演化。藉由模擬及觀察一維電漿系統中的各種振盪,驗證模型之正確性。在模型建構的過程中,曾針對數值精度問題、能量、動量不守恆提出各種解決辦法,最終完成的模型可以完全詮釋馬克士威方程組中所有電場與磁場的行為。此模型已檢驗過幾種在電漿中的波,包括:Plasma oscillation、Ion acoustic wave、Hybrid oscillation、Extraordinary wave(X wave)以及Magnetosonic wave。其模擬結果與理論值相當接近,代表此模型可以正確演示真實電漿之行為。接著模擬在強磁場以及不均勻磁場中,孤立子的各種行為表現以及演化方式,我們可以尋找某些物理量,其足以代表孤立子在系統中的行為,這個結果或許可以提供線索幫助我們了解星雲的能量來源。且這個模型未來將用於預測電漿物理學的未知現象及分析電漿態星體。

使用機械手臂實現黑白棋之人機對弈

由工業4.0智慧生產的啟發,建構機械手臂進行人工智慧黑白棋之對弈系統,透過視訊分析棋面資料,輸入人工智慧黑白棋遊戲判斷。依據結果指揮機械手臂進行落子、取子的動作,人機對奕過程亦會判斷有無不合理的地方,以維持棋奕的規則公平。擷取雲端攝影機的盤面影像,使用霍夫找圓演算法取得棋目位置,透過彩度與明度分析黑子、白子或無子,黑白棋AI程式再透過遊戲樹演算決定落子、取子位置。透過畢氏定理及餘弦定理將棋子位置的立體座標轉成工具座標,再傳送至主控伺服器以指揮機械手臂進行正確的動作。透過減輕重量及使用彈力平衡力矩改善,機械手臂可改善硬體準確度,重現率測試達85%以上。黑白棋AI程式棋力可以與黑白棋app的3級力敵。視訊判斷棋局在調整適當彩度明度後可達100%正確率。透過演算法指揮機器手臂下棋,棋局中完成正確動作可達80%以上的成功率。

智慧門禁―結合影像辨識與IoT之應用

本研究觀察到現有門禁的流程仍有改善空間,因此著手製作與傳統門禁不一樣的系統,希望能改善其繁複的使用流程。透過物聯網、深度學習和手機應用程式的組合,便能實現這樣的效果。在門前透過樹莓派拍下訪客的照片,傳到電腦後進行影像辨識,初步決定是否要為其開關門,並將結果傳給主人手機,再由主人決定最終的開關門。本次研究目前已成功造出一套完整系統,能即時傳達通知,且辨識的準確率已可達八至九成。

重金屬逆境對植物生理時鐘影響機制之研究

本研究探討銅、鐵、鋅、鉛、鎳重金屬逆境對南國田字草(Marsilea crenata)之影響,針對南國田字草睡眠運動的小葉開閉合角度及所需時間進行量化與質性分析。結果顯示,重金屬離子會延遲或縮短小葉開閉合所需時間;重金屬離子影響南國田字草之小葉夾角以鐵離子最為明顯。由實驗可發現南國田字草對重金屬離子皆有吸附性,對於水域環境之重金屬清除具有重要意義。隨著種植時間增加,南國田字草小葉開閉合角度差在重金屬離子濃度100 ppm以下多有上升趨勢;在100 ppm以上則出現下降趨勢。隨著濃度增加,可發現銅、鐵、鋅、鎳離子皆會使角度差出現下降趨勢。分析植株的生長狀況,可推估南國田字草對不同重金屬離子之耐受度,並藉以判斷重金屬離子影響植物生理時鐘之機制。

勻稱分割

本研究主要透過不同的向度與規則,延續之前的研究。我們證明了頂點組態僅含有單一種秩數的 勻稱分割共有5種;頂點組態中含有兩種不同秩數的 勻稱分割,其 的最大值為5,共有13種;頂點組態中含有三種不同秩數的 勻稱分割,其 的最大值為4,共有3種;而頂點組態中含有 種不同的秩數的 勻稱分割在 時無解;最後,我們透過GSP軟體將所有解的圖形繪製出。

面面俱到-雙面太陽能電池

本研究主要探討如何增加太陽能電池的效能,我們研究如何讓陽光同時照射上下兩片太陽能板並且能夠自動轉向太陽的裝置。一般的太陽能電池為單面受光,我們設計了雙面受光的太陽能板,上下兩面太陽能板皆能照射到光,如此可以節省成本及增加效能。 為要達到最佳的光電轉換的效能,實驗透過兩組光敏二極體測量四個方位的光照值,透過程式的計算並命令伺服馬達轉到目標角度,使太陽能電池板面始終保持垂直面對太陽的狀況。 由實驗結果得知,太陽能電池藉著自動轉向機構確實比固定角度的機構更能得到好的光電轉換效能,並且藉著鏡面的反射,背面的太陽能板亦能得到太陽光的照射,因此,實驗結果達到我們預期的效果。

深入「笛」境~ 自製塑膠管樂器之開發與原理之探討

本次研究利用打氣機及簡易的變壓器製作可調整流速的裝置,透過自製的排水集氣及水位平衡裝置,成功測量出流速大小。利用示波器截取聲波的資訊,再用Excel進行傅立葉分析,可以找出複合音的頻率。我們自製塑膠笛發現,頻率的大小與氣流流速、氣流到尖劈的距離、空腔體積、指孔大小皆有關聯,於是我們製作不同的塑膠笛,找出它們之間交互作用的關係,最後推出頻率之通式,再用此方程式找出音階,設計了伸縮笛、合音笛伸縮版及指孔版等三種樂器。最後利用透明塑膠管和乾冰,觀察空腔共鳴時,內部氣流的流動情形,找出塑膠笛頻率振動的原理,和實驗結果互相呼應。