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臺灣

紙電路印刷機研發及其運用於教學之可行性分析

本研究為紙電路印刷機之研發,我們將紙當成電路板的基材,以銅箔與銀箔為佈線的導電材料,透過自行開發的機台研究銅箔與銀箔在製作時,所需的時間、溫度、壓力、印刷電路完成度、耐流值與耐熱值等因素,來驗證我們研發的紙電路印刷機適合用於學校實習課程教學,培養學生LAYOUT的能力,同時也在獲得數值曲線的關係式之後,再加以製作更大作業面積的機台,以期能製作出更大的電路,而整個研究除了自行開發儀器及數據驗證外,亦可以把學生實習課程融入環境保護的概念以及文創商品整合的知識。

電梯問題

本研究主要是研究「電梯問題」: 令某棟建築內任兩層樓都至少有一部電梯連接的建築稱為全能建築,若某棟建築內有m部電梯,每部電梯停n層,f (m, n)為使這棟建築成為全能建築的最高層數。對於不同的m, n,f (m, n)的值為何? 本研究一開始先以一些參考資料為基礎,試著整理出其中未完成的部份。接著,我們針對了一些個別的f (m, n),具體求出其值。令某棟建築內任兩層樓都恰有一部電梯連接的建築稱為完美建築,我們引入了一個新的函數g (n, k)=m,得到了一個與完美建築有關的定理。另外,我們還利用一些構造方法,求出了所有g (3, k)的值。 在這次的研究中,我們成功運用了各種不同的構造手法,得到了一些相關的結果。至於是否能將這些構造方法運用在求出一般的f (m, n)之值?這是我們將繼續探究的課題。

多管齊下-自製複管笛的音色探討

本研究利用生活中隨手可得的水管、廢棄椰子殼與竹子(掃把柄),嘗試研發製作出能同時發出旋律音與持續音的特殊樂器,並探討其旋律音與持續音之間所產生的音色和諧度的變化。 由於「雙管鼻笛」與「葫蘆絲」的構造比較特殊,我們除了探討相關文獻,了解笛類樂器的發聲頻率公式外,還實際操作器械,藉由自製的水管笛驗證管長、管徑與吹嘴對基音頻率理論的可行性。電腦頻譜軟體,除了可以分析主管與副管(和音管) 在各音階的的和諧程度外,更可以作為我們自製樂器微調管長或音孔大小的依據。

泥造城堡--探討黃胸泥壺蜂「銜泥建造巢室」的策略

本研究探討黃胸泥壺蜂『銜泥建造巢室』的生態行為。結果一:先吸水→做泥球→做巢室→產卵→抓獵物→封口,平均花6小時13分32秒。結果二:水與砂土攪拌→身體下壓→砂土成球狀。體長、胸部與泥球間r值分別為0.84、0.71屬高度相關,推測胸部越大,做的泥球也越大。當抱起泥球4 ∕ 5處,以大顎、左右腳三者平均對乾濕泥球向上施力0.043gw、0.050gw,是穩定且省力的搬運方式。結果三:壺蜂體長與巢底、壺口間大小為2.67±0.14cm、2.54±0.34cm、0.66±0.09cm,r值在0.74、0.84均屬高度相關,推測當體長越大,建造巢底與壺口會越大。卵被產在離壺口約36%的巢室頂端,從上而下垂降約38%。結果四:被寄生率88.5%,壺蜂發現巢室被寄生或破壞,會出現思考性的修補或棄巢行為。

阿嬤的寶盒

臺灣用藥人口比率逐年攀升,所以設計一款因為在這高齡化的20世紀,你我身邊有許許多多的人需長期服藥,又隨著老人癡呆症的增加,常會發生疏忽或忘記是否服藥狀況。阿嬤藥盒的主要特點在於它可以在正確時間提醒使用者的用藥,以防那些注意力與記憶力欠缺的人,因不正確服藥造成身體傷害。 本作品擁有三大特點,第一、有最方便置入藥物的方法,增強讓使用者使用願意;第二、在該服藥時有聲音提醒與記憶功能,使病人可以正確用藥;第三、有彈性便利的攜帶模式,讓外出用藥也不用擔心;以上特點能全方位讓病人輕鬆正確用藥。 未來本作品再結合APP,還能有手機連接提醒,當忘記吃藥時會發送信息提醒家人,更能全面防堵病人錯誤用藥。

水中黑洞-絲葉狸藻捕蟲囊之探討

本研究主要是觀察絲葉狸藻(Utricularia gibba)葉子特化的捕蟲囊觸發運動之影響因子,還有吸收物質的情形。結果發現此種狸藻捕蟲囊的表皮細胞主要有兩種細胞型態,分別為分布在內外表皮基部的四爪腺毛與半球型腺毛。因此,雖然其缺乏根部吸收功能,但是狸藻捕蟲囊具有輔助吸收養份的功能,水份主要由四爪腺毛基部進入至細胞內,再由內而外開啟的半球型腺毛排除。此外,我們觀察到含氮物質吸收較快,甘油與葡萄糖較慢,兩者的路徑也有差異,另外,我們也發現光照時間與照不同色光,以及在不同溫度下,對捕蟲囊的觸發運動會有不同程度的影響。若能對狸藻捕蟲囊構造更加了解,將可用於生物防治法減少孑孓病媒蚊孳生,或應用於仿生生物學開發負壓捕蟲的工具。

循環不息

由遞迴關係式產生的數列各項除以質數k後,會產生一個循環的餘數數列,故本研究主要探討其最小循環節性質。我們先得到g階遞迴數列的循環狀況,在特殊情況下,餘數數列會成純循環。 若將最小循環節各項加總起來,除特殊狀況外,其和皆是k的倍數。在二階遞迴數列中,由於最小循環節必能分成數個每段項數相等的數列,將其依序排成有序的形式後,相鄰二行會具有倍數關係,在某些排法中橫列數字和必為k的倍數。我們還得到簡化計算循環節長度的過程,並且知道若餘數數列非等比數列模k後的形式時,則起始值對最小循環節長度無影響。

確定有限狀態自動機與量子有限狀態自動機之間的轉換與比較

量子計算的效率相較傳統計算有指數級成長。然而此領域中多數研究皆專注於量子計算的性質本身,鮮少討論如何將傳統環境中的既有資訊轉換至量子環境下。一旦量子電腦實現,受量子效應限制,傳統資料多半不能相容於量子環境中。因此,本研究的目的是發想出一種系統性的演算法以確實跨越量子資訊與傳統資訊之間資料結構的藩籬。我們選擇的計算機模型是確定有限狀態自動機(Deterministic Finite Automaton,簡稱DFA)。 本研究由自動機的轉移矩陣(Transition Matrix)及量子環境要求的可逆性(Reversibility)出發,自傳統DFA一步步轉換至量子有限狀態自動機(Quantum Finite Automaton,簡稱QFA)並進行優化。最終,我們定義出一種新的QFA模型(QDFA)能在量子環境下運行,具有增大的字母表(Alphabet Set)但功能完全等價於DFA(能辨認正則語言)。本研究獨創的演算法的時間複雜度為O(C×N2)。

「危」風陣陣摧~探討微風對纜車的共振影響及改善方法

遇到強烈陣風為纜車停駛的條件之一,然而我們更想知道未達停駛之陣風是否也會引起纜車共振,造成隱憂?首先,利用樂高積木製作長短、角度不同的六隻吊臂連結自製車廂,取得擺盪時的張力變化、角度及角速度,更定義了擺盪指數=角度最大差值 ×角速度最大差值來比較吊臂的安全程度。再來,透過穩定遮風製造出不同頻率的陣風,得到陣風雖未達停駛標準,但若頻率接近纜車擺盪頻率時,確實能夠引發共振,其中以180度直臂最危險,來回角度高達80度。然而角速度愈大,造成的纜繩張力變化也大,致使塔柱負擔增加。最後,我們將吊臂改良為伸縮吊臂,透過無線遙控改變長度,破壞陣風的共振,成功在20秒內有效改善擺盪情形,以期爭取時間讓乘客安全到站。

超不單純的群體旋轉

本研究利用頂點圖探討三維空間中的正多面體及四維空間中的正多胞體圖形有幾種,並推廣至n維空間。四維空間中的正多胞體是用三維正多面體的圖形所堆疊出來,因此我們透過三維空間中的正多面體頂點圖探討四維空間中的正多胞體有幾種,進而推廣至n維空間。本研究透過遞迴式及數學歸納法探討n維空間中正多胞體(單純形、超方形、正軸形)之點、線、面的一般化結果。本研究利用代數及幾何的方式探討二維平面及三維立體圖形的對稱旋轉方式,再利用頂點圖去探討四維空間中正多胞體的對稱旋轉方式有幾種,並推廣至n維使其一般化。