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臺灣

蟲塑未來—探討小蠟蛾幼蟲攝食塑膠之研究

在後疫情時代,口罩儼然成為人們不可少的必備品,其所帶來的塑膠垃圾處理問題急需妥善解決。蜂蠟與PE為結構相似的聚合物,而小蠟蛾(Achroia grisella Fabricius)幼蟲又以蜂巢為食且食量驚人。本研究主要針對不同種塑膠、不同齡期的攝食情況、環境中蜂巢有無的影響、攝食塑膠後的產物變化等等。 根據實驗結果,我們發現第二齡期(0.18g)小蠟蛾幼蟲攝食MB最為顯著;另外,混和蜂巢與塑膠樣本可大幅降低小蠟蛾的死亡率;塗抹小蠟蛾體液的MB透光度提升,並以FTIR分析攝食MB組的糞便,比純吃蜂巢組產生更多的甲基。我們推測小蠟蛾體液中含有將MB分解的酵素,希冀未來能持續研究,將其應用於塑膠處理問題。

點亮絲路:碳量子點螢光蠶絲的製備與光降解環境污染物之應用

本研究以電紡絲法製作光動力活性的碳量子點(carbon quantum dots, CQDs)螢光蠶絲,用於光降解環境染劑汙染物與抗菌的應用探討。不同顏色螢光的碳量子點 紅、綠、藍色)的合成是以檸檬酸作為主要碳源,分別參雜尿素與葉綠素用以合成三種螢光的碳量子點。接著將絲素蛋白、聚乙二醇與量子點溶液為原料,以電紡絲法分別製作成藍色、綠色與紅色的螢光蠶絲。螢光光譜儀 PL)與穿透式電子顯微鏡 TEM)結果呈現量子點的光學特性與尺寸呈現預期的量子效應。拉曼光譜則證實電紡絲法之螢光蠶絲具有絲素蛋白、聚乙二醇與量子點的特徵訊號。本研究使用之電紡絲法製備之螢光蠶絲,與我們之前使用蠶寶寶桑葉餵食法生產之螢光蠶絲來比較,電紡絲螢光蠶絲具有更加優異及穩定的光降解環境汙染物效率,未來可用於自清潔、抗菌織物與醫療敷料之應用。

以LoRa物聯網通訊技術及去中心化網狀網路構建緊急救難發報系統

網際網路高速發展時代,為解決身處於無蜂窩訊號涵蓋範圍下,可提供通訊服務及緊急呼叫的手持無線電及衛星服務昂貴不普及,因此本研究採用遠距離、低成本、ISM免執照頻段的LoRa物聯網無線電技術,透過其啁啾調頻技術(Chirp Spread Spectrum)、高鏈路預算等優勢,以「人人皆為基地台,亦為客戶端」理念,設計P2P去中心化網狀網路(Mesh Net work)節點傳輸協定和低廉可負擔的通訊裝置,應用於SOS緊急救難呼叫、短文通訊、定位回報等。在固有網路系統不可用時也得以獨立組網,無須高昂的修建維護成本。也可透過搜救無人機、高空氣球等,快速部署Gateway於高山極地、無訊號區、第三世界國家等情境場所,促進人類福祉達成聯合國SDGs永續理念,未來將技術結合低軌道衛星,較其他衛星技術更經濟、環保,並覆蓋全球範圍達成無死角通訊。

探討護木漆塗層對於抑制金屬升溫之影響

本研究探討將護木漆塗在不鏽鋼及鋁片上對於熱輻射吸收及降溫效果的影響,從實驗結果中可以看到塗上護木漆後的不鏽鋼樣品在可見光範圍的吸收雖增加 29.7W/m²,但在 8µm~12µm紅外光範圍的熱輻射增加 38.2W/m²,約增加 11.2倍,而鋁片樣品在可見光範圍的吸收減少 1W/m²,紅外光範圍的熱輻射則增加 38.6W/m²,約增加 25.9倍,故護木漆能有效增加熱輻射效率,減少能量吸收,而本研究亦證實樣品的輻射冷卻效 能,在晴天時樣品溫度最多可降低 3.4度及 2.7度,故此種方法能有效抑制升溫,並希望未來能應用於建築及儲油槽外壁上,以減少冷氣使用及火災發生頻率。

全「面」分析 : 基於面部表情的情緒模型

本研究著重於透過面部表情的判斷進而推斷情緒狀態的深度學習神經網路模型。首先,將人類的情緒狀態分為七個類別,並透過MediaPipe框架取得影像中的臉部特徵位置,利用其座標框定臉部範圍並作為深度學習模型的輸入。第二,透過部不同特徵訓練模型,進一步優化模型識別情緒的準確度,並嘗試不同的特徵,例如:趨勢曲線函數的係數或是各種向量。最後我們設計了一個插件,利用此模型在Google Meet中進行即時的影像辨識並分析,作為線上課程的授課成效評估。 目前本模型在透過五層卷積層配合池化層及全連階層,並提取瞳孔眉毛向量、瞳孔鼻尖向量以及口部中心為基準點的向量作為特徵,能夠有84%的準確度,F1值落在約85,其中快樂情緒的辨識精準度高達98%。

照妖鏡下的波濤洶湧

本作品藉由邊界層氣流下手,主要探究邊界層層流區之平均厚度(δ)對平面介面粗糙度(Ra)的變異程度(σ),並找到Ra、雷諾數(Re)對σ的預測公式,讓σ的研究更實用。不同於多數研究邊界層氣流的作品 採用導入煙霧的方式,通過煙霧的運動軌跡了解氣流的模式、結構。本作品在捕捉邊界層氣流時採用紋影技術,且在分析時結合紋影技術讓氣流可視化的特色使用圖像化代碼進行分析,不僅可以研究低流速、小尺度的邊界層氣流,也可以比擬更真實的空氣環境,亦是提供研究邊界層新的想法。 研究結果發現Ra與Re共同影響σ,且σ與Ra呈正相關,並有開口向下的二次多項式之趨勢;σ與Re呈負相關推測與流速越大導致邊界層厚度變薄有關 。

花容失色-鳳凰花的旗瓣為何會先凋零?

鳳凰木的花朵擁有五片花瓣,上方花瓣與其他紅色花瓣不同,是白色底紅色斑點,根據文獻,這片花瓣稱為旗瓣,功能是作為蜜標來吸引傳粉者。研究觀察發現鳳凰花的旗瓣會先捲曲凋零,和蜜標存在的功能互相矛盾,本組推論與環境、授粉有關連。經研究發現,旗瓣凋零與生長環境、花粉及花蜜是否被採集無關,與授粉方式有關。異株授粉導致旗瓣凋零的時間提前;同株異花授粉旗瓣凋零的時間與自然狀態相近;自花授粉、無授粉則導致旗瓣凋零的時間延後。異株授粉對鳳凰花而言是有效且成功的授粉,會導致旗瓣提早凋零,蜜標隱藏,提高其他尚未有效授粉花朵成功授粉的機會,並且產生成熟的種莢。無效的授粉會導致旗瓣凋零時間延後,藉此等待有效的授粉機會。

格子點的可見性研究

本文的主要結果有兩部分,第一部分,對於固定的𝑏 ∈ 𝑁以原點 O為觀測點,𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥𝑏, 𝑎 ∈ 𝑄為觀測視線,觀測目標為格子點陣列𝑉(𝑚) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑖 ≤ 𝑚, 1 ≤ 𝑗 ≤ 𝑚 },研究其中可見點的數量與機率。我們發現可見點的數量與歐拉函數及默比烏斯函數有關,可見點的機率也與黎曼𝑧𝑒𝑡𝑎函數具有關聯性。第二部分,對於固定的𝑏 ∈ 𝑁,我們在 𝑥軸與𝑦 軸上布置觀測點,以布置的觀測點為新原點,𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥𝑏, 𝑎 ∈ 𝑄為觀測視線,研究將目標點集𝑉(𝑚 × 𝑛) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑖 ≤ 𝑚}完整觀測的布點方法與數量。得到重要成果如下,設正整數𝑚 ≥ 6且𝑇 ⊂ {1, … , 𝑚 + 1}為一個 𝐹(𝑚) −覆蓋,𝑟為大於𝑚的最小質數,對於目標點集𝑉(𝑚 × 𝑛),建構觀測點集 𝑆2 = {(0, 0), (0, 𝑟)}∪{(𝑡, 0) | 𝑡 ∈ 𝑇},則 𝑉(𝑚 × 𝑛)為𝑆2 −可見。並進一步研究將目標點集改為𝑉(𝑛 × 𝑚) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑗 ≤ 𝑚},發現其所需要的觀測點數可顯著減少。

風風退散—校園菜宅擋風模型設計研究

先民為了保護心愛的農作物,不被冬季強勁且挾帶海水飛沫的東北季風所迫害,「菜宅」這樣的建築因應而生。而究竟怎樣的菜宅樣式與尺寸,有著最佳的擋風效果?風被菜宅的阻擋後,風向又是如何的變化? 透過製作風向觀測工具、菜宅模型,我們測量看不見的空氣並透過討論繪製模型。當風遭遇牆面阻擋後會改變風的流動方向,在阻擋牆後方形成無風區及逆風區,並在離阻擋牆較遠的地方重新匯流。阻擋牆的高度越高,無風區及逆風區的區域就會較大。 據本實驗結果,各種菜宅擋風效果為:目字型>長方形>ㄇ字型>單牆型。而學校菜園的用圍網及南洋杉的防風設施,雖然是透氣材質,但亦能有效達成防風效果。

以3D模型沉降實驗探討有孔蟲Globigerinoidesella fistulosa的消失

有孔蟲Globigerinoidesella fistulosa的滅絕時機(1.7 million years ago, Ma)恰與東西赤道太平洋水溫由似聖嬰現象狀態轉變為似反聖嬰現象狀態的時機相近,前人推論可能是有孔蟲為了維持雷諾數,將自身殼體生長階段倒退為較小的型態,進而提出假設「當垂直水溫梯度變緩,黏滯度變小,Trilobatus sacculifer complex 為了維持雷諾數,殼體半徑、沉降速率和殼體與水的密度差必須相對變小」。本研究利用3D列印的G. fistulosa、T. sacculifer有孔蟲殼體模型進行沉降實驗驗證此假設,同時探討浮游性有孔蟲的殼體型態對其沉降模式的影響,由多個角度分析浮游性有孔蟲改變外型的現象。