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臺灣

滾動體在旋轉圓盤上運動之軌跡探討(The motion of a rolling sphere on a rotating disk)

球體在旋轉平台上的運動分三階段:進動階段、螺線振盪階段、打滑階段。進動階段、螺線振盪階段為兩個運動模式的疊加:迴旋半徑漸增的螺旋線運動、向平台中心靠近的平移運動。當迴旋半徑漸增至滑動摩擦力的上限值,球進入打滑階段並向外甩出平台。 研究紀錄球體質心運動參數,並以接觸點準靜態理論計算及滑動-滾動摩擦模型進行數值分析,找出各種變因與運動參數間的關係。 結果發現滾動階段中鋼球作迴旋運動的頻率f球和平台旋轉頻率f盤和有正比關係,且比例值和球標準化轉動慣量δ正相關。由滾動階段過渡到滑動階段的最大迴旋半徑Rmax和f球2成反比、和δ呈負相關、和滑動摩擦係數μk成正比。滾動摩擦使球向平台中心靠近,也使迴旋半徑漸增。平台傾斜或呈錐狀時,球體的運動會向水平方向偏移。

以色彩區辨派典探討環狀誘導色彩錯覺中的同化與異化效果

色彩知覺是人類最重要的感官之一。由於形狀、亮度、空間頻率和色彩組成的不同,每個人對色彩的感知也有所差異。我們對此現象感到著迷,並決定進行一項研究,以識別和量化不同情況下的色彩誘導。 本研究選擇以環狀刺激作為主要圖像,以測量人類視覺色彩誘導。而本實驗主要利用紅色與綠色的誘導效果。實驗中,我們採用紅色及綠色基準做為目標環狀區域,並於其中添加可變性紅色目標,以測量受試者之視覺閾限。在色彩誘導的情況下,透過環狀刺激與測量所得之視覺閾限,我們可以識別並量化環狀刺激對色彩感知造成的影響。此外,我們也發現了環狀刺激中的單一環形如何影響人們對目標環狀區域的色彩感知。 我們利用實驗所得之結果,建立了一個預測並描述色彩錯覺與細胞反應相關性的模型,而此模型將會讓我們對人類視覺系統及神經間的側交互作用有更深一層的了解。

以氮化鎵負載之ZSM-5觸媒行甲烷轉化為芳香烴之研究

本研究以沸石觸媒進行甲烷轉化之研究。以水熱法合成的ZSM-5為擔體,藉含浸法合成GaOX/ZSM-5與藉裂解硝酸鎵/三聚氰胺/ZSM-5的混合物合成GaN/ZSM-5。研究發現,這三種觸媒都具有MFI的特徵結晶訊號,且GaOX或GaN都能均勻的分散在ZSM-5內。然負載上GaOX或GaN的ZSM-5酸性基點會被置換,導致酸度降低。於700 oC下甲烷轉化的測試中發現,ZSM-5幾乎無活性,而GaOX/ZSM-5略低於GaN/ZSM-5呈現的轉化率。產物分布上,GaOX/ZSM-5產生大量的積碳;GaN/ZSM-5除了有部分的苯與甲苯外,最多的產物便是乙腈與氰化氫與。乙腈與氰化氫的產生意味著GaN具有活化甲烷的能力。本研究為甲烷轉化提供了一條新的途徑。

星狀網路點擴展運算漢米爾頓容錯性質研究

本作品研究星狀網路和完全網路,兩種不同結構的連結網路,使用點擴展運算結合成一個網路結構,並且在一定的容錯範圍內,保證存在漢米爾頓迴圈性質。漢米爾頓迴圈在連結網路的研究中相當重要,若存在此性質,則可以保證發送訊號時,能將訊號發送給連結網路上的每一個元件並接收,且不會重覆接收到訊號。我們使用圖形理論的方式,將星狀網路和完全網路,這兩種連結網路結構,分別抽象化成星狀圖和完全圖,網路中的元件抽象化為點,元件之間的連線,抽象化成邊。如果元件之間的連線故障,無法使用,則稱為壞邊。我們證明 n+1 維度星狀圖和 n 維度完全圖使用點擴展運算後,壞邊數量最多是 n-4 時,保證存在漢米爾頓迴圈。

AI時光機-利用照片轉換技術重溫在地歷史

目前網路上流傳許多使用人工智慧修復照片的網站或應用軟體。然而,由於這些訓練資料多數來自國外,導致修復台灣「本地」照片的效果欠佳。此外,許多老舊照片因氧化、潮濕而泛黃,使得修復程序比起修復純黑白相片更加困難。因此,本研究旨在建立一個專門修復本地照片的機器學習模型,主要分為以下三個部分:首先,使用機器學習模型對老舊照片進行修復,包括著色、去模糊化和降噪;其次,分析使用不同比例之有色調照片(模擬泛黃照片)訓練模型的效果;最後,研究不同的修復順序(著色、去模糊化、降噪)和模型執行次數對照片修復效果的影響,發現「著色、去噪、去模糊化」的順序修復效果最佳。

智慧桌球練習機:以Arduino為核心之創新設計

本研究主要是以Arduino為核心,製造出穩定度高且能自由開發各種智慧練球功能的桌球練習機。我從小喜歡動手拆裝機器和寫電腦程式,我的好朋友是桌球校隊,他希望擁有一台自己的桌球練習機,但是市售機器很貴,於是引發我的製作靈感。我以Arduino控制無刷馬達和伺服馬達閘門,使用 3D列印製作機身,再以手機藍牙App控制練習機,能發出不同速度的直球以及左右旋球,最後我加入腳架旋轉Arduino套件、人臉辨識及智慧練球模式(發遠身球及隨機出球功能)。穩定度的測試結果顯示:直球落點和左、右旋球皆穩定;選手測試心得都覺得新奇有趣。本研究的特點是首創智慧練球功能,兼具模組化、快速組裝、輕便、便宜、發球穩定的優點,可作為桌球校隊訓練設備。

天使的眼淚—探討不同情況下酒淚掛杯表現之差異

我們很好奇什麼是酒淚?為什麼會有這個現象?是否可以從酒淚來判斷酒的品質好壞?故我們設計本實驗來找出不同酒淚表現背後的影響主因到底是什麼。 我們發現並非所有酒精水溶液皆能形成酒淚;搖杯會生酒淚的主因之一為產生液體膜,不同高度液體膜對酒淚的影響皆不同;不同溶質與濃度會造成酒淚表現的差異,如乙醇濃度越高酒淚密度越大;含甘油越多,初始淚低出現時間越晚、酒淚掛杯流速越慢、淚滴寬度越大;乙酸乙酯越多,初始淚滴累積至落下所需時間較短、體積小而流速快;甲醇的趨勢雖與乙醇相同,但其表現又有差異。液體溫度較高時產生的酒淚寬度較大、數量較少但流速快。最後觀察不同種類酒杯的酒淚差異,發現威士忌杯的酒淚表現最明顯好觀察。

以空氣盒子探討台灣環境中懸浮微粒的潮解膨脹現象

我們的研究是利用空氣盒子設計出一個裝置,用以觀察環境中懸浮微粒潮解膨脹現象。 我們觀察了由硝酸銨與硫酸銨各自以及不同比例與混合模式組成的懸浮微粒。純硝酸銨的潮解點不明顯,純硫酸銨有明顯的潮解點。內混合懸浮微粒有一個潮解點,並且出現3種類型的潮解行為,分別是偏向硝酸銨或硫酸銨以及過渡型,後者粒徑成長的比例會比前兩者來得高。外混合懸浮微粒有兩個潮解點,保留兩種成分各自的特性。 我們利用雨水觀察環境中懸浮微粒的潮解膨脹現象,將其與內混合懸浮微粒的潮解點與潮解行為做比較,來推估其成分與來源。確定我們的裝置能推估出主要的污染成分及來源。

水中「晶」靈-探討硫酸銅結晶大小的變因

上自然課時,曾觀察到鹽的結晶,也曾看過使用過飽和溶液長出結晶的影片,特別是硫酸銅晶體型態明顯且吸睛,激起我們研究的興趣。從硫酸銅的溶解度曲線知道溫度愈高,硫酸銅溶解度愈大,配置過飽和硫酸銅溶液後,藉由溫度的變化,可以得到硫酸銅結晶。首先配置濃度33.3%硫酸銅水溶液,經過濾後倒入培養皿中,以取得型態良好的晶體,再將晶體取出作為晶核,綁上釣魚線,放入濃度33.3%過濾硫酸銅水溶液中,盛裝容器改為燒杯並於上方加蓋或用保鮮膜封住,以防異物掉入產生雜晶。隔天若發現底部出現結晶,將此溶液加熱溶解,或再補充同濃度的硫酸銅水溶液,等待溶液降溫後再將晶核放入,七天內即可得到5公分長的硫酸銅晶體,以水晶膠包覆後達到保存效果。

水熊蟲於化學環境壓力耐受機制探討Tolerance mechanisms of Tardigrade under chemical environmental stresses

常見模式生物檢測化學環境壓力後無法重複使用。本研究探討對環境變化敏感的大生熊蟲抗化學環境壓力機制,評估其作為重複使用模式生物可行性。得知多數大生熊蟲於硝酸鹽、酸鹼值改變與殺蟲劑環境壓力下仍能活動或隱生。以亞甲藍簡易染色可確認化學環境壓力下大生熊蟲是否受傷害,如體表角質層被破壞會導致完全染色。分析大生熊蟲於常見硝酸鹽環境壓力下體內脂質含量、總蛋白質單體表現量與總抗氧化能力,推測出大生熊蟲對抗硝酸鹽環境壓力機制:1.藉由> 20 kDa持續性活化蛋白抗硝酸鹽環境壓力。2.活動大生熊蟲增加體內脂質含量隔絕環境硝酸鹽。3.隱生大生熊蟲以抗氧化系統降低硝酸鹽產生的氧化壓力傷害。以上結果得知大生熊蟲具潛能檢測常見化學環境壓力並作為重複檢測之模式生物。未來將持續評估大生熊蟲可檢測的化學環境壓力並為人類健康把關。