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2025年

探討可調式聲波梯度透鏡受高強度雷射光穿透後的熱效應

由於符合活體研究、解析度、穿透深度等需求,加上螢光技術,使光學方法成為追蹤單一腦神經工作情形較合適的方式。其中重要元件 TAGlens (可調式聲學梯度折射透鏡)的透鏡(目前 z 軸焦距變動最快的透鏡裝置),透過焦距快速變動達到快速掃描。不過 TAGlens 在高強度雷射穿透下,焦距變化範圍會產生改變,我們稱之 TAGlens 的熱效應。 本研究即研究 TAGlens 的熱效應,使用不同研究方法以量化並分析,其中利用體積影像中螢光球軌跡變化的方法,明顯呈現了 TAGlens 熱效應的變化,我們發現入射雷射功率越大,會使 TAGlens 的焦距平衡點越遠,焦距變化範圍越小。未來可望校正 TAGlens 因熱效應造成的數據誤差。

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論利用1、2、3 個圓去覆蓋三角形,並分銳角、直角、鈍角三角形做分類,有完整的結果。並且在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律,並連結「雙曲函數」與覆蓋圓面積和之間的關係。 最後,我們研究覆蓋圓面積和與三角形面積的比值及其最小值,並討論覆蓋圓圓心之連心線的相關性質。

「旋」機妙策—探討颱風與季風互動之螺旋式風場變化

本研究主旨是在探討颱風與季風互動對颱風風場不對稱性變化的影響,分析了2013至2024年9月期間的颱風數據,結果顯示,季風是影響颱風風場形狀的關鍵因素。在東亞特有的季風氣候中,84%的颱風受到季風共伴的影響,我們發現,在季風共伴下,颱風的七級風場會呈現螺旋形,東北季風影響下多呈「6」形,西南季風影響下多呈「9」形,這些形狀可用「等角螺線」來描述,對於季風影響不明顯的颱風,風場形狀則更接近橢圓。我們進一步計算集合重合率以驗證形狀描述的準確性。 此外,本研究將颱風生活史的流型演變分為五類,結果顯示,環境條件相似的颱風,在流型變化上具有相似性。我們還利用颱風氣流場裝置模擬颱風風場,測量風速和風向,深入探討環境風場對颱風不對稱性的影響。

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。

探究螢光單體分子對激發複合體發光性質的影響及其應用

本研究設計與合成一系列的電子供體分子,以研究分子單體的化學結構對於所形成的激發複合體光物理性質的影響。 五個所設計的供體分子已被成功的合成並確定均具有分子內電子轉移的性質 其躍遷偶級距變化分布範圍在17.6-28.6D之間。 將此五個供體分子分別與兩種電子受體分子在溶液聚集在一起,利用在長波長處所新生的螢光發光,推測激發複合體的形成。研究的成果並顯示,具有類似三角形結構的供體分子將更容易形成激發複合體,而具有棒狀結構的分子則較不易形成之。此成果有效的提供有關於單體分子結構的設計對於所需激發複合體光物理性質的影響,形成可快速地提供各式不同發光波長的材料,將可作為在發光二極體發光層材料、螢光感測器、生物成像等領域需求時的分子設計藍圖與指引。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以 (1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。

連通圖上行走路徑經過邊數期望值之研究

本研究延續自作者前一年的研究「連通圖上行走步數期望值之研究」,原題為在一個六面體中,有一隻螞蟻位於其中一個頂點並沿著邊行走,每當牠走到頂點時就會選擇一條邊繼續行走,且牠前往任何方向之機率皆相同,但不可走回頭路,求螞蟻回到出發點時經過邊數之期望值。本研究將題目延伸出了以下幾個問題,得出結論後並證明。結果如下:Kn (n - complete graph)、任意tree、Cm★Cn、Km★Kn中,螞蟻從其中一點vi出發,第一次走到另一點vj時經過邊數之期望值通式。除了研究不同的圖上點到點經過邊數期望值通式,針對圖論中經常用的距離 (點到點的最短路徑經過邊數) 與點到點的期望長度最大者進行比較,探討在圖上之性質。

區域水流流場3D重建系統的探討與應用 Discussion and Application of 3D Reconstruction System for Regional Water Flow Fields

本研究透過JY61P六軸加速度陀螺儀與ESP-32S控制板,製作出球形水流流場監測模組,藉由Unity 3D軟體與C#程式編寫,擬合出水域的水流狀況,再搭配空拍圖與水域深度探測,進行水域模型的建立。在沙崙海水浴場水流模型,發現當水流由西南方進入模型時沿岸流會順著海岸線流入鳥喙地形,與本研究模擬出的水流流場相符,確認所設計之區域水流流場3D重建系統的可行性與準確性。若將水流流場監測模組連接GPS浮標,可方便回收監測模組並輔助水流流場監測,能探測更深、更廣的未知水域流場。 本研究建立的區域水流流場3D重建系統,可廣泛應用在未知水域的模型建立,發揮預警功能。在青山瀑布水流流場監測實驗中,發現在瀑布水潭中,不同的深度有不同的水流差異產生;且在不同位置可能會有斷層式的地形高低變化,因此在未知水域活動時,應注意水域環境狀況以確保自身安全。

應用多任務學習神經網路建構可識譜六孔竹笛機器人

本研究目標在建構可以識譜及吹奏中國笛的吹笛機器人。中國笛演奏必須協調吹法及指法;藉由控制吹氣流速、吹嘴角度及六指按壓音孔的變化來控制音高以完美地吹奏樂曲,是一項複雜的演奏技術。機器人以模擬吹笛口型的吹嘴,搭配兩個風箱往復送氣到一個壓力調節風箱送氣,以微控制板控制六個機械手指來蓋放完成演奏,為在音尾可確實止氣,設計一個風門,利用風門開闔也可模仿吐音技巧讓笛聲明確發音。辨識樂譜方面收集樂譜樣本,樣本分成譜線、音符、節奏三套,透過多任務學習MTL的深度學習架構進行訓練,建構可以辨識五線四間上下三線及全音符到16分音符及休止符的樂譜辨識模型。經測試若樂譜在符合音域範圍內,可以完整的辨識,轉換成音符資料傳送給吹笛機器人吹奏。

突破能量屏障:探討原始固碳路徑中異檸檬酸脫氫酶的角色

原始生命的形成被推論是由化學分子透過自發性化學反應組成簡單的代謝路徑,再由這些路徑組合成為複雜的代謝網絡,最終形成原始的生命。由於自營性的代謝路徑可將無機性的CO₂固定為有機物可謂形成生命的前提,因此推論在自營性微生物所擁有的一種生物固碳路徑,可將CO₂固定進入三羧酸循環的「逆向三羧酸循環」被認為是原始細胞最初形成的代謝路徑之一。然而,以化學反應的自由能考量,自2-Oxoglutarate到Isocitrate 此固碳反應並非自發性反應,並由異檸檬酸脫氫酶催化。異檸檬酸脫氫酶在逆三羧酸循環中是決定固碳反應速率的關鍵酵素之一,在當今正向三羧酸循環中亦具重要的調節細胞能量代謝的功能。有鑑於此,本研究探討源自古老地球環境的嗜熱自營菌Aquifex aeolicus 中異檸檬酸脫氫酶的酵素性質,並期待本研究成果對生命起源的探究及發展新穎固碳技術能有所助益。