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臺灣

凌波微步-漂、浮體於振動液面之運動狀態探討

本報告旨在探討不同形狀的物體在振動液面上的運動現象,通過改變物體形狀、漂與浮的狀態,及實驗時的振動條件,觀察物體的行為,並以液體表面張力、漂體與液面夾角的變化、振動模式與流場狀態解釋。研究發現:疏水性漂體因表面張力漂在振動液面上時,其重力會造成液面凹陷,由於漂體形狀對稱性質與質量分布差異,造成各端點與液面夾角不同,液面為漂體提供不同方向與大小的作用力,並產生不同的流場,使其移動與轉動,其(角)速度受液體種類、振幅、頻率、漂體質量影響。此外,在振動液面上移動的漂體與其他漂、浮體間會因為液面狀態互相影響產生交互作用力,進而出現吸引、排斥、繞圈的現象。

利用懸臂梁振動探討物體與黏滯流體交互作用力之關係

本實驗應用3D列印及機械機構設計簡諧運動機制,使懸臂梁(以鋁尺構成)與聚乙烯醇及水混合之黏性物質碰撞,以雷射位移計觀察和測量鋁尺振動波形的振幅,探討其週期振動。 實驗中,調整聚乙烯醇與水的混合比例改變其黏滯度,以單自由度運動方程式探討鋁尺於不同黏滯度下的運動行為,發現鋁尺黏滯時間、脫離黏膠的速度與聚乙烯醇的濃度呈正相關,代表可利用量測黏滯時間、脫離黏膠的速度推測物質的濃度。加速度因同時受時間、速度影響,不與聚乙烯醇濃度呈正相關。另外,以黏度計測量不同溫度、聚乙烯醇溶液濃度下的黏度,發現聚乙烯醇溶液在重量百分濃度15%至25%的區間中,濃度愈高、或溫度愈低的情況下,黏性愈強,且濃度高者隨溫度變化程度愈大。 此外,以快速傅立葉變換處理鋁尺在受不同黏滯度作用下的位移數據,發現位移波形為簡諧運動,其頻率由鋁尺共振的自然頻率組成,不因黏滯阻尼而改變。驅動以振動器試圖改變鋁尺振動頻率,發現鋁尺傾向振動的頻率為其自然頻率,符合以歐拉-伯努力方程式推導出的自然頻率。

無接觸式防疫電梯

本專題主要用於電梯內的防疫,其功能包含手勢感應器(APDS)及手機APP控制。感應來自手機APP或手勢感應器(APDS)的訊號後再傳送至Arduino判斷與控制,來進行開關門與上下樓。此電梯利用氣閥來達成開關門的動作,利用馬達正反轉達成上下樓,再由遮斷器定位樓層,在上下樓時及開關門時,LCD都會顯示當前所做的動作。本專題是為了減少接觸電梯按鈕時的病毒,來降低疫情傳播的風險。

新竹溫泉秘境

本研究主要為調查新竹所有的野溪溫泉,含清泉、秀巒、泰崗與小錦屏四地野溪溫泉,探討溫泉露頭的泉況、溫泉水質與溫泉功效。我們以溫泉的溫度、酸鹼值、固體溶解量作為露頭泉況調查項目,以溫度、酸鹼值、固體溶解量、導電率、鹽度、腐蝕性與元素含量作為溫泉水質檢測項目,以白皙度、彈性、含油量與含水量檢測手部在浸泡溫泉水與自來水後,將皮膚所測得的數值。 透過數據與圖表的整理,我們發現溫泉露頭的泉況與中央地質調查所所公告之數值有差異;隨著溫度的改變,溫泉水質也會有不同的數值變化;四地溫泉皆具輕微腐蝕性,且清泉與泰崗的氰尿酸含量高於安全標準;溫泉對於皮膚含油量的影響較明顯,在白皙度、彈性與含水量則與自來水無太大差異。

多工奈米複合材料合成與其協同治療應用

本研究結合奈米合成技術及生物醫學應用,以牛血清蛋白(BSA)為載體,裝載具化學動力療法的金屬氧化物(CuFe2O4, CFO)及具光治療功能的光敏劑(IR780),製備CFO@BSA-IR780多功能奈米複合材料。 材料鑑定方面由TEM、DLS與UV-Vis等儀器進行組成及光學性質分析。特性方面,CuFe2O4在腫瘤環境由芬頓反應,促使H2O2產生活性極高的氫氧自由基(•OH)。並且IR780在近紅外光照射下同時具光熱與光動力治療特性,可殺死癌細胞。同時CuFe2O4中的Fe3+ 和Cu2+ 進行氧化還原將腫瘤部位的穀胱甘肽(GSH)轉化成氧化型穀胱甘肽,強化化學動力療法及光動力治療效果。 最後,本研究將CFO@BSA-IR780奈米材料實際運用於细胞毒性測試與細胞螢光顯影,確認其效果及低毒性。成功發展出同時具備化學動力療法、光動力治療、光熱治療及細胞螢光顯影之多功能奈米複合材料,期許在醫學治療提供一項新興藥物材料。

內切圓的突發奇想

我們對內切圓研究一開始是從四邊形出發再延伸到多邊形,而研究的方向有兩個,其中一個是探討圓外切多邊形與圓內接多邊形(即圓與切線交點之切點多邊形)之間的關係。首先得到凸多邊形內切圓的成立條件,依據圓外切多邊形的邊角關係、邊長關係,得到不同的結論;接下來對圓外切四邊形與切點四邊形的關係做分類,並討論這兩種四邊形的面積公式後,進而觀察這兩種四邊形的面積與周長比值的關係,最後衍伸至n邊形,因而得到凸多邊形之面積與周長比值的關係。另一個方向則是由圓外切四邊形與切點四邊形的對角線交點,以及兩四邊形之邊長延伸線的交點、內外頂點延伸線的交點,去探討其共點共線的關係。

基隆潮境海灣槍蝦聲響變化與環境關聯性分析

槍蝦閉合大螯所發出聲響為海洋珊瑚礁生態系中最主要的聲源,其聲音受多項環境因子影響,具有分析珊瑚礁生態系健康程度的可行性。本研究利用基隆潮境海域蒐集到的高時間密度採樣資料,嘗試分析槍蝦聲響在不同時間尺度下的變化與水溫、光度之關聯性,比較不同觀測期間與深度之資料,了解槍蝦聲響之特性。 研究結果顯示槍蝦聲響在長時間尺度下與水溫呈現高度正相關,且相同觀測期間、不同深度的兩筆資料變化趨勢相似;但相同深度、不同觀測期間的紀錄不僅變化趨勢與季節差異相關,整體數值也不同。槍蝦聲響每日亦具有規律的晝夜週期性變化,在清晨、黃昏出現高峰,白天期間與光度呈現負相關,夜晚期間與水溫高度正相關。最後,聲響峰值出現時間與日出日落時間最為相關,不同季節下之晝夜長短差異更造成顯著影響,不過仍會受水中實際接受到的光度影響。

柔性光柵其光學特性與力學分析之研究

光柵作為常見的分光元件,應用於許多光學儀器中,但光柵普遍彈性較差硬度較大,使光柵應用受到了侷限,因此本研究以有著彈性佳與易形變特性的PDMS作為柔性光柵的材料,對其不同厚度與彎曲程度進行一系列的測試。為了找出厚度、彎曲曲率與繞射效果之相關性,進行了不同厚度柔性光柵之繞射點分析實驗,由實驗結果可知增加柔性光柵越厚會使其彎曲時第一亮紋改變率增加,反之。為了試驗柔性光柵受到不同施力方式其分光效果是否有所差異,故進行了拉伸與壓縮的方式形變柔性光柵,結果得知其拉伸時軌距會被拉大,壓縮時則會被擠壓變小。研究最後想了解利用PDMS複製類似光柵的結構是否也有分光效果,實驗結果發現指紋能夠分光,希望後續能將其特性實際運用。

血氧濃度與智慧醫療

本研究從自組血氧濃度計開始,進行程式撰寫後成功讀取數據,20次的累計平均誤差約為7.6%。進而延伸改善誤差,以6通道感測器搭配移動平均計算,20次的累計平均誤差降低為4.3%,再以類神經網路技術參入2%雜訊進行實驗,血氧值90-99的累計誤差平均降低至0.46%,並研究儲存數據建立資料庫。 續而增添血壓數值研究,並以無線通訊技術即時偵測並傳送病患的生理數據,可以大幅縮短運送病患達醫療院所的醫療準備之時空差距,能改善醫療時空差距的品質,提高搶救病患的時效。期許本研究結果能激發國內各大醫學中心在智慧醫療的提升進展。 (晉級全國賽後更新:藍芽血壓計及APP、網路通訊卡SIM7600X 4G HAT)

蟑螂跑跑跑-蟑螂步行模式探討與觸角擺動模式初探

本實驗以三種蟑螂(杜比亞、櫻桃、龍蝦)作為實驗樣本,共拍攝30段蟑螂 直線前行影片,發現蟑螂以賓士步行法為主要的步行模式。三種蟑螂在本實驗分析中,出現賓士步行法的百分比例達到61%以上。本實驗也發現發現體長越長的蟑螂,其出現賓士步行法的百分比例越高,且體長與賓士步行法百分比例呈現線性相關,相關係數為.92,為高度相關。在斷腳蟑螂的步行分析上,步伐擺動規律基本上以(35⮕24⮕16)的模式來移動,只是會隨著斷掉腿的不同而有不同的規律。若該蟑螂斷腿編號為1,他的行動規律便會變成(35⮕24⮕6)的重複,若斷腿編號為3,行動規律則會變成(5⮕24⮕16)的重複。在有無食物狀況下分析三種蟑螂的觸角擺動狀況,目前正在進行質化與量化分析中。初步觀察結果為沒食物吸引的蟑螂觸角擺動方式時,觸角總是朝前左右擺動且靜止時間長。後來觀察有食物的狀況下,三種蟑螂觸角擺動時間高達70%以上。