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2022年

研發奈米材料快速降解水中偶氮染料及其自動化循環系統

本研究為開發可適用於染整廠去除有機偶氮染料使用的自動化淨水設備,於設計設備前先探討奈米零價鐵(NZVI)去除化學染料效率,並針對不同操縱變因進行實驗,了解其化學反應性質。 在淨水設備的設計上,運用區域網路間Webduino Smart開發板、行動裝置、Webduino Blockly進行串聯,進行手動同步操作或自動化控制,使染整廠不僅降低人事成本及環境負擔,也避免染料外洩產生不可逆的環境嚴重汙染,同時節省染整過程使用的水資源。 操作部分選用Webduino Blockly來直接操控Webduino,使設備能在短時間內作動,避免第三方平台問題,也可提升設備的適地性。為了使染整廠能夠以最低成本達到類實驗室環境來處理廢水,特將模組與超音波清洗機調整成物聯網模式,以公式將光照度轉換為染料濃度,進而控制NZVI投加量並上傳雲端資料留存;超音波清洗機用以模擬超音波震盪機,使NZVI投加前均勻分散,發揮最佳降解效果。 本研究亦切合聯合國17項永續發展目標(SDGs)第六項:清潔飲水及衛生設施、第十二項:確保永續消費和生產模式。

AsqJ酵素活性庫之篩選並探討其專一性與反應性之改變

非血基質鐵/α-酮戊二酸依賴型雙氧化酶為巨大酵素家族,其在生物體內進行許多重要反應。我們選用小巢狀麴菌之 AsqJ 蛋白,其與 Fe2+ 及 α-酮戊二酸能催化 cyclopeptin 的去飽和、環氧化,形成 cyclopenin。根據 AsqJ 蛋白結構,我們將與受質結合的 9 個胺基酸位置以不同鹼基對隨機取代,以轉譯不同胺基酸,構築酵素活性庫,送入大腸桿菌篩選並觀察 AsqJ 突變蛋白分解非典型受質之表現。 我們成功篩選出能分解 X-Gal 之 AsqJ 突變株,代表我們能以改變 AsqJ 特定位置胺基酸,進而改變其活性位點,並分解與原先截然不同的受質,故此篩選平台深具生化技術應用潛力。我們並進一步將上述突變株進行純化、晶體培養及結構解析,以釐清反應機制,並與奈米抗體結合以增強活性。目前正嘗試分解環境汙染物結構相似物,期望對環境做出貢獻。

地球低頻震動事件偵測

本研究主要成果爲: 一、 利用本分析法成功驗證颶風Bill (2009) 侵襲美國東岸期間沿著棚裂形成的“stormquakes” 現象(下文稱爲「風暴震」)。 二、 探討並確認近十年間10個中、強颱通過臺灣附近水域時,臺灣的地震測站沒有記錄到風暴震產生的訊號。 我們透過頻譜分析發現,0.01 ~ 0.05 Hz頻段的地震波形數據在我們研究的多數西太平洋颱風通過期間有顯著的能量增加,卻沒有產生來自海域的點源訊號。不過在2009年莫拉克颱風與2013年天兔颱風期間,波形記錄到了數十起來自陸地的振動訊號(經判定爲山崩)。我們發展了一種定位方法,成功定位颶風Bill與上述兩颱風期間的訊號;並且對比了20次已知震央的構造地震,確認定位方法的可行度。

HOPE WASTE (House Processor Waste) with IoT (Internet of Things) as a Laundry Liquid Waste Treatment Household Environment

Washing is one of the things that must be done by every household. Rural and urban communities have to wash clothes every day, to get clean clothes so they can be reused. But it turns out that with many households doing this activity, it will cause side effects that are not good. The impact will worsen the quality of the surrounding water because this activity is not equipped with a waste treatment process, but instead is dumped directly into the nearest ditch or river. As a result, this waste causes water pollution. The chemical compositions contained in detergents are grouped into 3, namely surface active substances ranging from 20-30%, reinforcing agents are the largest detergent components ranging from 70-80% and other ingredients around 2-8%, where surfactants are the main ingredients. cleaning agent in detergent. If not managed properly, it will cause environmental problems in the future. This research was carried out for 4 months at MAN Sidoarjo and Brawijaya University. The research method used was research and development and experiment methods, and data collection techniques using the observation method. From these problems, we offer a solution by making an internet of things-based device which we call HOPE WASTE (House Processor Waste) with IoT (Internet of Things) as the processing of household laundry liquid waste. HOPE Waste is a house-shaped device that functions to treat Laundry Liquid Waste which combines electrocoagulation methods and utilizes Biosorbents, namely Barringtonia Asiatica and Activated Charcoal which are made into powder. Where the Biosorbent content can bind chemicals in laundry liquid waste so that we can combine them using environmentally friendly IoT-based electrocoagulation methods.

The GoClub-梅花棋演算法效率及適用性分析

本研究旨在研究一款自創棋類遊戲「梅花棋」,找出效率最佳的演算法及分析AI的適用性。遊戲規則如下:雙方玩家輪流在19階的棋盤上下棋,先手執黑子,後手執白子,任一方形成梅花即獲勝。隨著棋子的增加,肉眼判斷勝負愈發困難,因此希望借助電腦的力量完成它。我們透過C++編寫程式,持續改良優化演算法,提升電腦的精確度與流暢度。過程中依序提出了平均演算法、畢氏定理演算法、向量演算法、以及網狀編碼演算法。目前最新版本中,我們使用含有螺旋編碼表的網狀編碼演算法,這可使電腦快速正確地判斷勝負。得到最佳的演算法後,我們嘗試運用撰寫Minimax演算法編寫AI,並且不斷增加演算法的深度,從而提升電腦的實力。透過Victory notion的概念分析兩者間的相似度,判斷其對於梅花棋的適用性。透過不斷與Minimax演算法測試遊戲,將梅花棋規則中,先後手的優勢差距逐漸縮小。目前本研究已可順利進行單純的雙人對戰與複雜的人機對戰模式。

特殊定向圖的歐拉子圖數量及其應用

將一個n個點的圈,中間新增一個點u,使得點u與圈上所有的點皆相連,這種特殊的圖類稱為Wheel,若n為奇數,則稱為奇數Wheel;若n為偶數,則稱為偶數Wheel。一個圖若賦予每條邊特定的方向性,稱為此圖的一個定向。對於Wheel這類的圖形設計一個特殊的定向,我們欲分析定向中特殊的有向子圖數量,過程中運用了許多的代數手法,從中發現奇數Wheel與費氏數列的關連性以及組合性質;同時也將研究問題延伸至Chebyshev第二類多項式,運用高等數學中的Girard-Waring Formula來論證我們對偶數Wheel的研究結果。然而圖的定向是研究列表著色的工具之一,我們也將這個特殊定向的組合性質運用在列表著色問題上。對於一般的圖形,若在原圖上新增一條路徑,我們也探討了新圖形為可列表著色的充分條件。

深度學習掌紋疾病分析系統

遠距醫療及自我健康檢測在最近幾年逐漸崛起,其講求利用大眾化的工具即可掌握醫療知識與自我健康監測,並透過大數據分析及人工智慧技術,協助醫師與病患進行更有效的治療,但目前中醫在這方面的研究不多,與影像辨識相關的也只有舌診。目前對於手掌的研究多半止步於身分辨識,因此手診還需中醫師切脈或檢查。 本研究作品旨在發展自動手診方法,提供民眾自我健康監測。利用兩種方式1.整張手的CNN圖像分類 2.用YOLO物件偵測進行掌中的特徵點抓取,使其能分辨肝掌、富貴手、蜘蛛痣、汗皰疹、無症狀,最後,並將模型與手機APP結合。

多人循環賽局策略之研究

三名弓箭手進行決鬥,每位參賽者輪流射擊一次,可自由選擇目標,參賽者一旦被射中即退出賽局,直到剩下一人。我們彙整賽局的特性,以樹狀圖判斷平衡策略,並以程式模擬得出各分支發生機率。 接著我們嘗試將研究延伸至四人以上的賽局,由於狀況過於複雜而 無法推導出勝率一般式,因此利用賽局的退化特性,歸納出n人賽局中 各參賽者勝率的遞迴式,並使用程式實作。分析程式演算法複雜度高達O(n^(n+2)),因此無法計算八人以上賽局,大量模擬也只能進行到六人以下,故本研究主要針對六人以下賽局進行實驗與推論。 在現實中,許多時候我們無法得知所有的資訊。使用程式模擬,便可得出在不完美資訊的狀況下,各參賽者策略出現的機率,並藉此得出不完美資訊下的最佳策略。

濁水不犯清水-探究涇渭分明成因

涇渭分明是世界上少見的河流現象,濁水與清水可以各自分流互不混合。此次研究透過實驗,改變兩水體流量差、匯聚角度、水體泥沙濃度、水中鹽濃度探討濁水及清水混和程度,並藉由水體顏色的透光程度數據化實驗結果,並透過程式與圖表進行推演,得出影響混和程度的變因及其相關程度。 根據實驗數據,角度越小、清水大於濁水的流量越大、濃度在一定範圍下,河流分明的現象將越明顯,然而礙於實驗尺度不如自然界,實驗結果存在臨界值。而此結論與自然界狀況做對照亦有類似結論。 整體來說,分流現象是多種自然因素下的結果,單一因素的討論難以完整表達全體效果,但可以看出其趨勢,以及對於涇渭分明現象的影響程度。

以非金屬催化劑降解rPLA應用於合成類玻璃高分子

聚乳酸(PLA)為廣泛應用於冷飲杯之生物可分解材料。然而,在自然條件下完全降解PLA需至少80年。本研究可達到快速回收並即時轉化為高值化產品的目標。 本研究欲將廢棄PLA應用於Vitrimer的合成。第一階段實驗使用有機催化劑PLADEG醇解回收PLA,探討溫度、催化劑濃度、雙醇種類對降解效率的影響,並與其他研究的催化劑效果比較。實驗結果顯示:以莫耳數比例rPLA: diol:催化劑 = 1 : 6.45 : 0.25,在140°C時,30分鐘即可完全降解PLA。且減壓蒸餾所回收之雙醇與催化劑仍能用於另一批次rPLA之降解。 第二階段實驗以降解得到之乳酸雙醇合成類玻璃高分子。合成方法的第一途徑為利用乳酸雙醇、丙交酯、季戊四醇先進行預聚合,再利用雙異氰酸酯作為鏈延長劑。第二途徑則是加入丁二酸、季戊四醇先行縮合聚合,同樣再利用雙異氰酸酯作為鏈延長劑,探討反應過程。