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臺灣

植物百寶箱-利用冷熱蒸散之環控建構植物生長最佳環境

全球性氣候變遷,一般的種植常因無法順應調節而產生病害,合併蟲害傳染時更須使用化學農藥。現今新興的農業設施有溫室栽培、魚菜共生及植物工廠等,但仍存在著介質控管、溫濕度控制及成本過高等問題。 本研究自行設計製作「植物箱」,運用替代光源及冷熱蒸散原理,模擬取代自然環境中之最佳光照、溫度與溼度,建立適宜植物生長的環境。實驗結果顯示:一、T5燈管能模擬陽光的輻射熱能和光度,配合紅藍光比例及定時器,可控制光照時間及取代陽光照射。二、水冷機控制貯水槽溫度,結合風扇向上吹送,有助水氣蒸發與凝結,達到溫度控制。三、溼度控制器結合風扇向下吹送,有助水氣吹送,形成循環對流,達到溼度控制。四、自製密合及低功率的「植物箱」為智能環控,可避免病蟲害及農藥的使用。 在未來可創造極大的經濟價值,以更節能環保的方式與地球永續共存。

學習目標行為的機器學習系統──以獎勵回饋去蕪存菁修剪人工神經元

本研究利用回饋機制修剪人工神經元的方式,可在較短時間內達到較高的目標行為學習正確次數。這樣的系統設計源於生物行為的啟發,因為回饋機制能直接影響決策中樞的神經元,而非只是影響動作本身, 在達成目標學習上會更直接、快速。以傳統強化學習 (Reinforcement Learning)系統為例,本研究模擬結果顯示,若回饋機制影響動作本身,目標達成正確率只有 19.14%。而若獎勵回饋到神經元的修剪上,則相較強化學習提高超過 2 倍的正確率。甚至,隨機修剪神經元也可相較強化學習提高 1 倍的正確率。顯然地,本系統能確實提高正確次數並縮短目標達成時程。利用回饋機制修剪人工神經元,可為強化學習在目標學習上遇到的困境,提供一個新的思考方向,實務應用上,可彌補強化學習在學習行為上無法一般化的缺點。

NoDistort: Drawing Distortion Recovery System for Shaky Screens

在這個智慧型裝置普及的時代,觸控螢幕已經深入人們的生活。隨著手寫輸入法、滑行輸入法等筆跡輸入系統的完善,其也成為人們與裝置互動最重要的工具,卻也常因為搖晃造成輸入的筆跡變形。為了改善人們在不穩定環境下的輸入體驗,本研究提出了“筆跡變形修正系統”。 通過結合內置感應器的資訊,系統估計裝置的運動軌跡,並以提出的屏幕-手指互動模型恢復失真的筆跡。 研究中使用了一種不需要額外儀器的校準方法校正感應器誤差,再套用本研究所開發之變形修正演算法,成功在生活中恢復失真筆跡並證明了其有效性及必要性。經過數代的改進與實驗參數優化,修正效果已大幅提升。

利用混沌系統偵測植物覺知人體之反應

本研究證明用手觸摸植物或土壤時,會造成處於混沌狀態的蔡氏電路發生電位相圖的改變,經由微調並聯在模擬線路電源端的可變電容來比對相變過程,可以測量到非常微小的等效電容變化量。不同於傳統透過改變電阻來實現混沌行為的方法,證實本研究假設確實存在且具應用價值。 我們透過改變電極接點、電路初始狀態、人體靠近或觸摸不同部位等方式,探討兩種植物因微擾所產生的相變。結果發現微擾植物與其棲地時會產生「混沌制抑」的現象,整體系統的電容變動範圍界於0到100pF之間。更重要的是,本方法還可以偵測到微擾遠端植物時經根系及土壤同步產生的電容變化訊號,這是一般電容計所感測不到的。 利用混沌行為的特性,可以應用於偵測與分析生物體或宇宙間微弱且複雜的訊號,不需經由訊號轉換或放大等的處理程序,是本研究的重大發現,未來極具發展潛力。

東眼山-天空中的瀑布

校園中東大門向東南方望去,山群間有一排流動的雲,那是東眼山上的「雲瀑」美景。為何東眼山會出現如此奇景?利用自製雲霧的方式來證實山上易形成雲霧的大氣條件,再透過搜集資料及踏查東眼山,調查其大氣條件、地理位置及生態。探究東眼山為何得天獨厚能出現如此美麗的雲瀑,發現東眼山林相、溫度、濕度使得雲霧容易形成,其山勢走向使得冬季東北季風能順勢帶入,讓雲霧流動而為雲瀑,以上的探究結果再以自製東眼山模型,並在模擬雲瀑形成的大氣條件下呈現出來。

神奇超距力攪拌器-探討各項影響電磁攪拌器穩定運轉的變因

電磁攪拌器於生活中的運用越來越多,如奶泡機、攪拌杯。網路有分享利用各種回收資源製作的視頻,模仿製作卻發現不能運轉,使我們決定要解開電磁攪拌器穩定運轉的秘密。本研究先模仿網路視頻製作2部攪拌器,找出影響穩定運轉的變因有:馬達性能、旋轉磁鐵的大小與排列、轉盤與攪拌子的距離、攪拌子大小及形狀等。自己設計攪拌器驗證實驗結果。研究發現:增加轉盤的重量提高負載,可以降低馬達的加速度及轉速,搭配厚度5毫米、直徑2或3公分的磁鐵NS並排相吸,形成長度4到6公分長的磁鐵轉盤,再調整旋轉盤上磁鐵與攪拌子的距離,可使2.5公分長的各式商用攪拌子非常穩定的旋轉。利用回收電腦硬碟製作電磁攪拌器,既環保又能化腐朽為神奇。

「欲罷不能」桌遊機率之探討與延伸

欲罷不能是一款與機率性質相關的桌遊,結合骰子的進行來完成遊戲,我們藉由遊戲體驗去發現到欲罷不能的問題,並設計實驗來尋求問題的解答,一步一步發現欲罷不能的小秘密。 從研究一、二的探討中,找出原規則各式各樣的機率情形,發現到與7越有關係的機率越大,而與2或12越相近的機率越小。但也在研究三中發現雖然7的機率最高,但若加上遊戲本身設定的方格數來闖關,所有數字機率都差不多。我們也在研究四、五的部分,將遊戲做兩種延伸(加入乘除、骰子面數),增加遊戲樂趣,也調整遊戲的難易度。也在研究六時進行策略分析,依據情況擬出該前進該停手的策略。最後,運用上述研究資料,設計Scratch版的「欲罷不能」桌遊。

非「糞」之享~麵包蟲糞的應用探討

麵包蟲常被當作餌料或新興環保生物,研究指出幾乎什麼都吃,但經過一再實驗印證並非如此,飼養後所產生的蟲糞是另一個問題,除了可以當作肥料;我們想找出更多其他的可行性﹔是否也可當作再生材料,經由實驗探究可行性: 1. 蟲糞會受到不同食材影響而有不同的料源性質。 2. 蟲糞適合當作1.5cm以下,稚魚或小型魚、觀賞蝦的飼料。 3. 蟲糞可當作肥料化、飼料化與材料化的應用。 4. 蟲糞製成花盆或魚菜共生餵食,使植物生長良好與添加人工肥料生長差異不大。 5. 蟲糞優點: (1)蟲糞漂浮性高與溶失率低。 (2)沉底後水質污染速度低於飼料且可分解。 (3)稚魚攝食率高,減低剰食率達20%。 6. 黑水虻吃農畜廢棄物,麵包蟲解決葉菜、果皮廚餘,共同達成零廢棄物的友善再生循環。

欺騙你的小眼睛─視我本色

我們主要是在探討眼睛看到的顏色不一定是真實的顏色;我們主要有兩個研究主題,一個是探討色彩對比後的視覺,另一個則在研究色彩同化後所產生的顏色變化。我們要探討的變因有:顏色變化與底色的顏色及線條的粗細、間距、密度、彩度等的關係,最後也結合了「色彩對比」及「色彩同化」的原理與視錯覺「白色僧侶幻覺」的關係。

神鰭魔力〝渦〞最行?!

本研究探討魚類擺動尾鰭,產生渦流與前進推力的關係。經測試與改良,製作能單純以尾鰭擺動前進的機械魚,並克服水中數據量測不易的困境,自製前進推力檢測裝置、水流流速偵測儀,也自製渦流製造機模擬魚體受力情況,希望找出尾鰭擺動造成加速的真相,結果如下: 一、魚以配速的方式擺動前進,速差越大,產生推力越大,前進速度也越快。 二、尾鰭擺動形成渦流作用於魚體,分為四個時期:單一渦流產生期、成對渦流產生期、渦流相遇期、合流期。 三、渦流相遇合流後,會產生強勁噴流,作用在尾鰭上是主要推力來源。 四、渦流重疊區越大,噴流強度越強,產生位置隨重疊區變小而往後移動。 五、噴流與尾鰭垂直方向夾角呈35度,有助魚體前進。