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臺灣

「藜」「鎖」「碳」「染」-結合染敏技術與碳轉化的光碳複合電池

本研究製作新型染敏電池,分為四大部分:一、正極材料改以易取得的石墨片來代替傳統燻黑奈米碳;二、製作膠態電解質來減緩電解液的蒸發與滲出;三、染料採用農業廢棄物-台灣藜殼,以75%的酒精當溶劑,利用微波輔助來萃取色素,提高萃取的效率,並將染液調配成pH=4.8左右,其發電效益有最好的表現;四、負極材料採用奈米級的二氧化鈦,搭配醋酸、Triton X-100,並在添加硫酸銅後,電池發電效益增為1.43倍。歷經改良後製得的第三代電池,是利用碳膠銅網電極做為正極材料,製作出可捕碳的染敏電池-光碳複合電池,照光後的最高開路電壓可達1.120V,最高短路電流為0.622mA,此電池能在利用太陽能的同時,同時捕捉空氣中的二氧化碳,希冀藉此達到永續環保的新理念。

以Scratch為模型規劃最短逃生路線

本研究針對超市等室內空間中之逃生路線進行規劃,並利用Scratch建立模擬模型,結合曼哈頓距離與Dijkstra演算法進行最短路徑分析。研究旨在開發一套具效率的逃生路線規劃工具,以供空間設計與安全規劃參考。

真心畫大冒險~真心三角形性質之探討

本研究中所提到的「真心」即為三角百科中的Kimberling center 𝑋174,Wabash center 為三角百科中的Kimberling center 𝑋364。我們從Wabash center 的作圖法,延伸出真心的概念,並定義了真心三角形。在本研究中,我們對於真心三角形、旁邊三角形、旁心三角形及其內切圓、外接圓進行研究,發現這些三角形有相似關係,其各心間則存在共點、共線、共圓等性質。同時我們也找出了真心的barycentric coordinates,並以此作為基礎,提出真心之幾何作圖法。

低速狀態下磁性齒輪傳動特性的實驗與理論探討

本研究探討利用指尖陀螺作為磁性齒輪,觀察並分析其磁性齒輪效應。本研究測量了磁性齒輪間的轉動慣量、影響範圍及力矩,除此之外,本研究發現,自由運轉狀態下的齒輪,具有三個運動階段,高速狀態,介於高速至低速難以預測的階段,以及低速的穩定運動狀態。 此外,為提升磁場計算的精確度,我們發現磁偶極近似方法無法有效描述系統中的磁場分佈,因此使用積分計算來求得更精確的磁場數據,並與實驗數據進行比對,結果吻合良好。

為視障者開發之學習輔助平台:結合Image-to-3D AI 模型之可觸式三維擴增實境顯示器與個人化之檢索增強生成(RAG)自然文字系統

全球約有9千萬的兒童是視障者,他們的學習依賴著點字器材。點字書難以傳達3D (三維)圖形的概念,讓他們在理解3D圖形有許多挑戰,而點字書過長的文字描述加大了他們與正常同儕之間的差距。本研究旨在開發一個學習輔助平臺,同時強化視障者的觸覺認知和文字圖形理解能力。 在強化觸覺認知方面,開發之系統能將傳統的圖片,利用影像轉3D之人工智慧建模(Image-to-3D AI model)技術,轉換圖片轉為3D,呈現在開發的擴增實境顯示器上,讓視障者能夠親身透過觸摸立體顯示器之3D模型,瞭解圖片表達的空間結構。在文字優化方面,利用微調大型語言模型與搜索式強化生成等方法,優化視障者閱讀之內容。系統開發過程中,二位視障者進行體驗,持續以修正系統設計的便利性、友善性與有效性。 本研究成果為視障者帶來新式個人化的學習輔助工具,增強視障者對立體圖形學習能力與文字理解。

麥克納姆輪車直線 360 度全向控制與角度誤差之探討

近年來,作者觀察到餐飲業及飯店業引入自主移動機器人(AMR)提供服務,受到廣泛歡迎。不僅如此,隨著AI的風潮,愈來愈多產業引進機器人補足人力的空缺。就輪式機器人而言,麥克納姆輪具相對優異的機動性和運動靈活性,但傳統麥克納姆輪的行進模式只侷限45度倍數的方向。針對此限制,本研究分析傳統麥克納姆輪的合力方向,通過數學推導和實際控制方式的驗證,確認其18個方向移動的數學式,再利用ESP32-S單晶片的WIFI驅動控制系統,實現並驗證 合力分析結果 接著,進一步 建立 麥克納姆輪的全向 360 度直線移動的數學式, 並且用 PWM 脈波調變,實現全向控制。此外,分析地面材質對車子移動的影響,測試出麥克納姆輪適合的地面材質,針對誤差給出可能的校正方式以達更精密的控制。希望就本研究結果擴展未來的應用範圍及使用價值。

探討電漿沉積六甲基二矽氮烷與四氟化碳對材料疏水性與抗腐蝕性之影響

生醫材料的開發與應用,現今佔有極重要的地位,但以金屬製的生醫材料而言,仍有植入人體內,被體液腐蝕或氧化的問題。本研究希望藉由高分子薄膜沉積與基材表面處理兩種方式,使金屬醫材能夠抵抗腐蝕,以延長使用年限。 本研究比較以真空電漿系統分別沉積六甲基二矽氮烷 (HMDSZ) 薄膜與使用四氟化碳 (CF4) 處理基材後,對不鏽鋼基材表面之抗腐蝕性和疏水性的影響;並找出使基材表面具較佳抗腐蝕性的工作條件。實驗結果中發現:(1) 在單體壓力為 60mtorr、功率為 30W的電漿參數下,沉積 HMDSZ薄膜 30分鐘,具較佳抗腐蝕效果與疏水性;(2)在沉積後 21天內,HMDSZ薄膜置於室溫時間越長,其抗腐蝕效果越佳;(3)CF4表面處理可能造成蝕刻或沉積,實驗中尚未找到可增加疏水性與抗腐蝕性之參數。

解決機器人等距回程路徑問題的數學模型及其擴展

本研究主要目的是研究機器人以等距行進方式從起點前進回到起點的回程路徑問題。 主要以三角函數、遞迴數列、數學歸納法等數學模型來探究、推演與論證,同時利用數學電腦軟體來計算與驗證。一開始先利用Geogebra來探索原始題目,初步得到一些性質和結果;接著,再延伸題目,依不同的起始點位置,探討步數和角度的關係、行進過程中各落點位置的遞迴關係與回程路徑。最後,再將兩條相交直線延伸成三條共點的直線,並依其間的夾角度數,探討以等距行進方式從起點前進回到起點的回程路徑數問題。 本研究根據所建構的數學模型,依不同起始點位置,構作出機器人以等距行進方式回到起始點的回程路徑圖,並得到此回程路徑上相對位置的遞迴關係。本研究在研究過程中,得到一些有趣的數學理論,期望這些成果未來能夠應用於AI機器人運動模式的相關領域。

數位物理實驗室:毫米波雷達系統之設計與應用

本研究旨在設計基於毫米波雷達的數位物理實驗系統,用於精確量化彈簧簡諧運動。傳統物理實驗易受肉眼觀察與手動測量的誤差影響,本系統利用24GHz毫米波雷達結合自製電路板,進行即時、無接觸的運動測量。透過設計電路板、撰寫韌體訊號轉換程式,並進行數位數據分析,成功開發了靈敏的毫米波雷達系統。我們利用彈簧簡諧運動實驗驗證了該系統,觀察不同質量砝碼對彈簧運動頻率的影響。實驗結果顯示,考慮彈簧質量後,測量數據與理論結果的均方根誤差從0.62Hz降低至0.35Hz,顯示出系統的高度精確性及穩定性。本研究成功解決了傳統實驗中的量測誤差問題,以毫米波雷達技術實現了精確觀測。開源設計有助於推廣至學校的物理實驗室,為學生提供先進的實驗工具與數據分析經驗。這展示了毫米波雷達在物理實驗中的應用潛力,並為未來教學實驗提供了高效、低成本的解決方案。

果蠅緯度相關晝夜節律特徵:穩定性、活動量分佈與演化意義 Latitude-Dependent Circadian Traits in Drosophila: Stability, Activity Peaks, and Evolutionary Implications

生物時鐘可對生物體的行為與生理造成影響,在探討晝夜節律特徵的差異時,過去研究常侷限於北美大陸的品系,缺少赤道及南半球品系的晝夜節律特徵探討。有鑒於黑腹果蠅在全球各大洲的廣泛分佈,因此我們以黑腹果蠅(近赤道與中高緯度品系)為材料,研究果蠅是否因緯度而有相異的晝夜節律特徵?結果顯示不同緯度的果蠅品系展現出相異的晝夜節律特徵。赤報品系在全暗狀態下仍維持原本光暗12小時的穩定節律,而南北半球的中高緯度品系則具有相似節律特徵,即在全暗狀態下的節律不對齊原本正常光源的穩定節律,其他如活動量、週期、及節律強度等皆有著品系間的差異。更進一步比對實驗中各個品系基因序列,研究發現per和tim在調控區段有許多SNP變異,顯示其與晝夜節律特徵的關係,有助於後續尋找更多造成晝夜節律特徵差異的可能遺傳變異並探討。