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「AI萬穗」回應全球糧食議題 中興團隊助增水稻產量
新知
第1822期
「AI萬穗」回應全球糧食議題 中興團隊助增水稻產量
焦點
2025-12-12
【記者方凱琪報導】金黃稻穗在花東的田間閃爍著耀眼光芒,這些粒粒皆辛苦的成果不僅有農夫的努力,更有國立中興大學「AI萬穗」研究團隊背後的技術支持。由中興農業企業經營管理在職專班碩士生謝宏政、劉興忠、高金裕與江美姿組成,團隊費時超過18年,經歷數次在台中、台南、屏東、花蓮與越南、泰國等地區的田間實作,反覆測試,最終推出「萬穗寶」和「AI小農管家」,技術成果於國科會創新創業激勵計畫(From IP to IPO,FITI)獲創新領航獎。 謝宏政回憶一切的起源是在進入肥料公司上班後,因緣際會接觸臺灣最大越光米廠商壽米屋企業有限公司(大橋越光米)的契作班長,他說明臺灣的環境每兩年可以收成四期水稻,當中通常只會有一次豐收,剩餘三次常因氣候或蟲害等多重因素而損失,謝宏政轉述,班長當時苦惱地表示,希望謝宏政能開發技術,讓稻米產量能增加20%。班長的願望成了團隊的研究動機,經過比較與研究,謝宏政發現,既有的水稻技術僅能增加單位體積內稻穀的重量,無法提高稻作的出穗量,這讓團隊下定決心,研發能真正提升稻米總出穗量的解方。 臺灣以插秧種植水稻,一開始每叢約有5至10根秧苗,之後會一圈一圈分化出多代分櫱(註一)。團隊說明,水稻的一叢秧苗會同時進行生長階段,但較晚分化出的分櫱成熟度不足,無法孕穗卻仍會消耗養分,這些無效的分櫱會被一同收割,造成水稻抽穗率(註二)大幅下降,因此傳統作法多建議將每叢分蘗數控制在四代分蘗以內。團隊調整配方研發出萬穗寶,農民僅需在噴灑農藥或施肥時將其混入,再散佈於葉片表面,該營養劑即可進入水稻作用,達到「提升水稻孕穗率」與「多代齊出穗」的效果,謝宏政說:「我們的做法是讓水稻從『國小到大學』都具備生育能力。」並解釋萬穗寶能讓不同時期形成的分蘗同步具備出穗能力,使稻作孕穗率達90%。 註一:水稻等植物在接近地面處會生出分枝,成圈狀向外生長。 註二:抽穗是指水稻、小麥、玉米等穀類作物在發育成熟時,幼穗(稻穗)從葉片(劍葉鞘)中長出來的生長階段。 團隊也研發AI小農管家,準確判讀水稻施肥及用藥時機,讓施肥效益最大化。具資工背景的劉興忠在團隊中主要負責AI技術,他指出AI小農管家的鏡頭採用變焦系統,鎖定稻作生長狀況,並以雷射光驅趕動物、辨識農作物病蟲害,與判斷最佳施作時機。數據比較後顯示,AI小農管家搭配萬穗寶使用能強化孕穗效果達95%。 技術研發耗時許久,曾歷經三年瓶頸。當團隊首次將萬穗寶用在花東稻田時,產量一直不如預期,直到一位農民大姐與謝宏政分享他們在稻作時的用量很節省,一分地僅使用30公升肥料,團隊才頓時發覺盲點。因花東地區的農地特性,使當地農民插秧深度較淺,因此施肥用量也較少,導致整體施用量遠低於西部正常用量60公升,最終使產量提升不如預期。該次經驗也凸顯農地實證經驗的重要性,讓團隊從中發覺農民在施肥的慣用模式對成果影響重大。 FITI主辦方認為,AI萬穗的技術兼具回應全球糧食議題和市場化潛力,這正是該獎項著重的價值。創新創業激勵計畫辦公室組長王玳琪說:「在前期評選階段,雖然審查委員多已肯定團隊技術,但認為他們在競爭分析與行銷計畫方面仍有需要改善之處。」對此,研究團隊後續也明確制定出經營模式與公司年度發展計劃。評審委員更指出,AI萬穗的成員長久以來鑽研農業領域,「這種一輩子只為做好一件事的職人精神,十分值得鼓勵。」 此外,謝宏政分享團隊成員的跨領域背景,除了大多出身農家,成員專業更從化學、財務到資工,「我們是在職的學生,所以基本上都帶有一些專業的技術底在身上。」團隊利用自身跨領域能力與大量田間實作經驗,解決水稻種植的長期瓶頸,並期許未來能建立更完整的田間資料庫,完善智慧農業系統。
風機葉片碳纖維再利用 中興製全球首支再生羽球拍
新知
第1822期
風機葉片碳纖維再利用 中興製全球首支再生羽球拍
2025-12-12
【記者方凱琪報導】再生科技不斷迭代,運動場上輕快揮舞的羽球拍,材質也可能源自岸邊矗立的風機葉片。國立中興大學精密工程研究所副教授沈銘原率研究團隊,與上緯國際投資控股股份有限公司(後以上緯投控代稱)展開產學合作,回收風機葉片中的碳纖維,共同研發全球首支能循環利用的再生碳纖維羽球拍。 回收碳纖維的難題不在回收本身,而是回收後材料的用途。該成果先由上緯投控將風機葉片回收成碳纖維,後交由中興研究團隊進行再利用。沈銘原觀察道:「市面上通常把再生碳纖維拿來做『不織布』而已,這在產品的應用是相當受限的。」既有作法因纖維表面性質難以與工程塑膠結合,造成應用受限,因此研究團隊研發「再生碳纖維改質技術」,利用化學反應在纖維表面形成薄膜,提升纖維與耐熱、耐磨工程塑膠PA66的結合度,為後續製成高強度熱塑性複材奠定基礎。 為讓改質後的再生碳纖維真正走向產品端,研究團隊必須突破成型設備的限制。為此,他們與上緯投控合作,研發「再生碳纖維補強熱塑複材混練造粒技術」。一般混練(註一)設備最高僅能加熱至約200度,難以處理需要高溫熔融的PA66。該成果中,雙方因此攜手推出全球首台可在高溫環境下進行混練的專用設備「力拿」,使改質後的碳纖維能與PA66在300度高溫下均勻混練並造粒,這些顆粒再由射出機注入模具,成形為球拍等產品零件。該設備研發成本超過600萬元,遠高於一般學術單位可負擔範圍。沈銘原坦言,多數學校單位常因設備不足僅能發表論文,「若沒有產業界支持,其實我們無法交出今天的成果。」 註一:指在密閉環境中以高溫與高剪切力,將再生碳纖維與塑料均勻混合,使兩者充分結合的關鍵加工程序。 此外,沈銘原分享自己長年指導學生與產業合作,讓學生在研究過程中就能理解市場與業界需求。團隊碩士生杜國賢分享該次經驗讓他理解如何與業界有效對接。杜國賢補充說明,該技術十分重視溫度控制,操作時除確認技術可行,也必須兼顧廠商要求,確保最終成品符合產業標準。該成果不僅實現循環再生的目標,在參與實作過程中,杜國賢也發現其論文中的缺失,進而予以補足。 上緯投控前瞻研究部經理林國權說明,公司本身就從事風力發電產業,「老闆給的任務是『如何把碳板再利用』。」因此著手尋求能提升再生碳纖維附加價值的技術,從而開始與沈銘原團隊的合作。林國權指出,產學合作不僅能協助學校突破資金限制,企業也能在合作過程中接觸具潛力的研究人才,提前延攬成為夥伴,形成互利模式。他進一步補充,隨著國際市場愈加重視環保,低碳排的力拿技術優勢會越來越明顯,「例如甲業者若想外銷歐洲,客戶可能會要求產品具備減碳效益。」因此本次技術成果也有機會吸引其他具環境友善需求的廠商洽談合作,成為未來的重要優勢。 在技術成果逐步成形的同時,研究團隊也將其帶回學術現場,杜國賢以此計畫為基礎,報名參與「2025〈第三屆興創競技場〉創新創業競賽」,期許從中更進一步習得創業經驗。而針對產學合作的後續規劃,林國權表示這會是長遠的合作模式,目前也持續與國立清華大學和國立屏東科技大學等學界合作,期望透過持續交流創造更多價值。
AI聽覺衣破硬體侷限 中興實現遠端監測心音
新知
第1818期
AI聽覺衣破硬體侷限 中興實現遠端監測心音
焦點
2025-11-14
【記者方凱琪報導】科幻電影中的智慧裝備,從銀幕走入實驗室,一件能「聽」的衣服就此誕生。國立中興大學材料科學與工程學系教授賴盈至帶領學生團隊開發「AI聽覺衣物」,首次將靜電感應原理應用於複雜纖維衣料的穿戴式聲學裝置,成功讓布料具備偵測聲音的能力,成果已刊登在國際期刊《科學進展》(Science Advances)與《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)。 該技術應用原理源自冬天穿脫毛衣時令人困擾的靜電現象,團隊將其轉化為靈感來源。賴盈至笑說:「靠著衣服上原本很討厭的靜電去實現聽覺。」他舉例說明,拿一支帶電的玻璃棒靠近金屬球,兩者表面的電荷量有高低差距,亦即電位差,當距離發生變化時,金屬球上的電荷就會被吸引,進而產生電流訊號。該技術以此為基礎,將導電紡織層與二硫化鉬奈米薄片(MoS₂ nanoflakes)結合於布料中。由於兩種材料性質不同,彼此之間自然存在微小電位差,當外界傳來聲音時,聲波就會使布料微幅振動,改變兩者之間的距離與電場分布,觸發靜電感應,產生電子訊號。 中興材料科學與工程學系碩士生彭偉臣進一步解釋,團隊在布料中加入石墨烯纖維布,讓靜電能深入布料內部,像電池一樣將能量儲存起來,放大聲波的微弱訊號。這些訊號再透過導線傳到應用系統,進行分析和反饋,讓衣物能夠清楚「聽見」聲音。 研究團隊開發該技術的契機,來自《蜘蛛人:返校日》的片段:主角僅說出簡短指令,他的戰衣便能瞬間整理出相應資訊,回應其要求,彭偉臣説道:「能夠利用科學的方法把科幻作品做出來,是我研究時比較喜歡的部分。」雖然讓這些幻想成真聽來遙遠,但賴盈至對團隊成員表示嘉許,肯定其勇於挑戰的精神,「學生們都滿優秀的,他們樂於去嘗試落實電影裡的科技。」 賴盈至表示,該技術可結合人工智慧系統,用於聲音辨識與互動回饋。在實驗測試階段,團隊針對聲音辨識進行評估,「周邊環境噪音到85分貝的時候,該技術還有大約85%的辨認能力。」這相當於身處繁忙的馬路旁,或在近距離聽見吸塵器運轉時的音量,展現該技術在噪音干擾下的穩定性。另外,該技術後來更被證實能偵測心跳,彭偉臣說:「心音其實不是我們一開始瞄準的目標。」他指出,靈感來自COVID-19疫情時,醫師必須以傳統聽診器近距離接觸病患的困境,促使團隊嘗試將技術應用於醫療場域。透過感測人體心跳的微弱聲波,他們最終成功實現遠距監測心音的可能。 中原大學物理學系教授許經夌表示,這項技術突破了傳統聲學裝置的硬體侷限。他說明過去可攜式聲學裝置多為大體積的硬質設備,不易貼身使用,如今不僅能貼合衣物,還免除電池需求,「在便利性上是很大的進步。」 研究團隊從電影中獲得靈感,化解日常困擾,許經夌笑稱希望未來可以看到電影《漫威夜魔俠》的超人服,具備感測環境聲音,並提示使用者注意周遭環境狀況的AI聽覺衣物。彭偉臣也提到自己很喜歡科幻電影中的想像,這次的「AI聽覺衣物」是實現科幻世界的其中一步,期許未來能利用科學方法實現電影場景。
農漁廢棄物蛻新生 智慧醫療敷料促永續
新知
第1813期
農漁廢棄物蛻新生 智慧醫療敷料促永續
焦點
2025-09-26
【記者林婷妤報導】全球農、漁業資材長期面臨過剩情形,除了衍生病蟲害問題,更產生大量碳排放。國立中興大學土壤環境科學系終身特聘教授林耀東率領跨領域團隊,研發「環境友善低碳多功能智慧醫療敷料整合人工智慧創新技術應用」,獲選國家科學及技術委員會於4日公布的「未來科技獎」名單。研究以蝦殼與果皮殘渣等農漁廢棄物為原料,結合pH值成色變化與AI影像辨識監測,製成「低碳智慧敷料」,實現環境永續及醫材創新。 低碳智慧敷料的主要製程是先將蝦殼打成蝦殼粉,再利用反應曲面法(Response surface methodology,RSM)進行製程最佳化(註一)。團隊設定時間、溶劑濃度、反應固碳比等關鍵參數,篩選出投入較少能量,就能萃取較高品質幾丁聚醣(註二)的模型,從而減少製程中的碳排放。團隊也將使用前的敷料埋進土壤觀測,證實具備生物可降解特性。 註一:一種結合統計學與數學的方法,用於優化多變數系統中的實驗設計和製程,以尋找能達到最佳結果的參數設定。 註二:從甲殼素中經一定處理後製成的天然多醣,具有溶解性、生物降解性及生物相容性等特點。 果皮殘渣則會萃取出多酚化合物,如花青素、甜菜根素等,利用這些物質讓敷料以不同顏色顯示出傷口的pH值,再添加甘油增加強韌性。而人體在受傷時傷口的pH值會落在4到6之間,假如受細菌感染則可能高達8以上,因此可觀察敷料顏色變化來監測傷口。中興大學資訊工程學系教授吳俊霖認為,以往需要掀開敷料才能查看傷口情況,現在透過顏色就能判斷,省下許多成本。 團隊近年來致力於提高農業資材的附加價值,並嘗試連結不同領域的學者們。中興土環系博士候選人陳映辰提及,這項技術結合中興循環經濟研究學院、中興資工系及中國醫藥大學營養學系教授們的專業,「過程中最大的困難就是要去整合四個領域團隊間的語言,讓他們的技術被串聯在一起,變成一個有用的東西。」陳映辰說。 目前團隊正考慮上架該敷料,並以此為目標持續改良,陳映辰補充道:「接下來將會做專利佈局,保護整個材料的配方。」臺北醫學大學生醫材料暨組織工程研究所長莊爾元也認為,該技術的天然材料搭配綠色製程,確實能取代高耗能化石燃料製成的一般敷料,但仍需注意安全性,「未來驗證上會是一條漫長的路,可能在任何階段失敗。」莊爾元說道,他表示看好這項技術的潛力,建議實驗中若產品出現問題,可以先嘗試微調現有材料的參數或化學組成,盡可能不添加化石燃料材質以保留低碳材料的優勢。
服務中心搬遷惹議 中興住宿生控權益受損
校園
第1799期
服務中心搬遷惹議 中興住宿生控權益受損
2024-11-15
【記者范瑞勻報導】國立中興大學女宿服務中心(以下簡稱服中)於暑假期間搬遷,由警衛室旁移至女生宿舍誠軒閱覽室。一名誠軒住宿學生10月29日在Dcard校版發文,反應準備期中考時,因服中搬遷導致住宿生無法使用閱覽室,引發學生討論。 中興女生宿舍由華軒、樸軒、怡軒、勤軒及誠軒組成,以上學期誠軒四人房計算,一學期的宿費為22402元,對比宿費最低的華軒相差9702元,誠軒是其中最高價的宿舍。連續兩年都住在誠軒的中興農藝學系學生張毓庭說:「我覺得很不公平,因為繳比較多的錢,會期望想要有更好的居住、使用品質,可是顯然沒有達到。」同時,他認為服中使用的比例僅三分之二,仍有三分之一的閒置空間,並沒有必要佔用整個閱覽室。此外,服中搬遷後對於其他女宿的學生也造成不便,住在勤軒的學生大樹(化名)認為,現在要到服中辦事的距離變長,舊服中的位置靠近大門口,對所有學生來說比較方便。現樸軒樓長柯南(化名)則說:「比起在原來的地方,方便性其實沒有那麼高,搬回去的話我覺得會比較好。」 至於搬遷原因,中興學生事務處住宿輔導組(以下簡稱住輔組)解釋,因誠軒為大一學生宿舍,為就近服務剛開始校外住宿的新生,並提升服務效率,因此將該棟樓的公共空間改造為兼具會客、會議及辦公的多功能複合空間。此外,中興前女宿服中工讀生汪汪(化名)表示,舊服中位於警衛室旁,空間內僅塞得下四個工作人員,當學生辦理作業或長官開會時,顯得十分擁擠,因此決議搬遷。針對目前宿舍空間規劃,住輔組說明,雖誠軒閱覽室改為服務中心,住宿學生憑學生證仍可進出所有宿舍,建議學生可以多加運用各棟公共空間。 對於校方的配套措施,張毓庭認為校方應交代搬遷原因,「什麼都不講然後就說要搬遷,我就覺得蠻不爽的。」他認為搬遷前可以公告,或請樓長轉貼訊息,住輔組也應詢問學生意見,彙整後與學生開會討論。柯南則建議服中可以搬至樸軒一樓會議室,對學生來說距離較近,舊服中保持為家長接待區,誠軒閱覽室則可以還給學生使用。針對校方調整宿舍空間規劃,實踐大學建築設計學系專任助理教授漆志剛​說明,一般學校的學務單位都應先與宿舍學生自治幹部開會,溝通討論後再實施,改變前與學生商量的過程是必要的。
中興研發智慧預測系統 稻農以手機拍攝獲灌溉建議
新知
第1798期
中興研發智慧預測系統 稻農以手機拍攝獲灌溉建議
焦點
2024-11-08
【記者蔣若暄報導】隨著乾旱發生頻率增加,提高用水效率已成為台灣農業永續發展的重要課題。國立中興大學基因體暨生物資訊學研究所特聘教授兼所長朱彥煒與團隊成員簡靖軒、詹永寬、賀端華、余淑美、羅舜芳、梁育臺、陳俊𦵴,共同開發「預測水稻用水需求的系統及方法」,使用者只需手機拍攝稻田影像,系統便能分析水稻生理反應並提供灌溉建議,榮獲2024年台灣創新技術博覽會發明競賽鉑金獎。 目前市面上的預測灌溉系統,主要依賴氣候環境、土壤溫濕度及植物顏色等指標。現就讀國立中興大學醫學生物科技博士學位學程七年級的簡靖軒表示,這些方法存在許多限制,「土壤濕潤程度不一定代表植物內的含水量,且水稻顏色通常是在生長已受到影響後才變化。」因此,團隊研發一種智慧系統,能從葉片溫度、植株高度和葉綠素含量評估缺水程度。以葉片溫度為例,植物在缺水時葉溫會升高,利用這些生理指標就能提供適時適量的灌溉建議,達到節水目標。 「一個光譜機器大約數百萬元,農民不可能去買。」朱彥煒提及,考量感測器因成本問題不易普及,所以改讓使用者以手機拍攝稻田,只要畫面中有八成面積涵蓋農田,就能將照片上傳至應用程式「阿米亞app」,並從雲端系統得到灌溉建議。「大概15到20秒就會有結果。」簡靖軒補充道。團隊將手機拍攝的RGB影像轉換為類光譜影像,擷取能夠反映稻作生理訊號的波段,藉由單一或多個區間的波段組合建構模型,再透過演算法分析水稻的灌溉需求。 隨著計畫推進和資料累積,團隊將系統應用於實際場域,收集了六年的數據,並從中隨機抽取20%進行測試,最終預測準確率達到93%到96%。使用此系統的稻農詹小姐(化名)表示,巡田時只要拍照就能得知稻作是否需要灌溉,「準確率不輸給經驗豐富的老農友,讓我感受到AI科技真的可以幫助到農友。」他認為在節水的同時,也能維持稻作的品質與產量。 談及未來研究方向,簡靖軒說:「希望讓台灣農業更便利、高效。」他計畫結合病害、蟲害與施肥建議,建立精準的自動化系統以節省人力資源。朱彥煒也提到,除了持續鑽研如玉米、高粱等糧食作物,團隊也開始將系統應用在經濟作物,例如草莓、百香果和番茄。「草莓的初步技術已經發展完成,年底會收集資料進一步驗證。」他補充道。 農業部農業試驗所作物組助理研究員侯雅玲分析,此系統將改變水稻管理方式,「在水資源有限的情況下,它的效益會比較大。」他也提醒,若想應用至其他農作物或地區,不僅需要重建和擴大資料集,還要考量實施成本,以確保可行性和經濟效益。國立臺灣大學生物資源暨農學院農藝學系副教授蔡育彰則提供未來研發建議,他說:「不同生育時期和品種都可作為改良的項目。」
興大研發自驅動感測器 實現電動車低耗高效理想
新知
第1785期
興大研發自驅動感測器 實現電動車低耗高效理想
焦點
2023-11-15
【記者黎昕俞綜合報導】電動車發展日新月異,其中可以防碰撞、辨識駕駛等多功能的感測器,讓汽車更全能。由國立中興大學材料科學與工程學系教授賴盈至帶領的團隊,研發出一款可自發電並具長距離感測能力的「自驅動電動車感測器」,將其配置在電動車上,不需要電池供電,大幅降低能源消耗。研究成果刊登於9月份國際頂尖期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)。 興大材料系團隊,研發可自發電且具長距離感測能力的「自驅動電動車感測器」,不需電池供電,大幅降低能源消耗。 圖/團隊提供電動車中包含多種感測器,可感應外圍環境的變化,並將訊息傳送到使用者手機或車內介面等裝置中。諸如用於偵測周圍物體的雷達、可見光相機等,在提高使用者安全性和可靠性方面扮演重要角色。然而,現今電動車感測器大多依靠車輛供電,若未來發展更多需要感測器的功能,賴盈至則提醒道:「當感測器變多,隨之增加的電力消耗會讓車子能行駛的距離變短。」因此,團隊改良摩擦奈米發電機 (Triboelectric Nanogenerator, TENG)的原料,增強自然環境中的靜電,讓感測器自行驅動,達成不需供電、降低能耗的目標。 團隊利用奈米材料加上靜電材料,提高電荷捕獲能力以增加摩擦電荷的密度。 圖/團隊提供摩擦奈米發電機是利用兩種材料經接觸後表面產生帶電的自然現象,將環境中的能量轉為電能的技術。不僅能用以感測周遭環境,接觸的材料也可以自由更換。團隊為改良感測器材料和結構,將摩擦奈米發電機的原料換成MXene(註一)及導電海綿。因MXene不穩定的結構且表面積大,容易吸引電子而產生靜電,故能提高感測器表面帶電離子的數量。而且,團隊更加入具大量孔洞的導電海綿用以增加電荷密度。如此一來,當人體往感測器移動時,其非接觸的感測能力最小可達1毫米的物體,並且最遠可以偵測到2公尺以外物體移動。<b>註一:MXene是材料科學中的一種二維無機化合物,厚度相當薄,有著過渡金屬碳化物的金屬導電性。在研發過程中,面對奈米材料表面積過大易氧化,導致感測能力降低的問題。團隊特意將其埋入靜電材料中,減少觸氧面積,同時表面電荷會往內部的MXene移動,讓內部儲存更多靜電,進而增強感測訊號。就讀興大材料系碩士班的團隊學生呂明翰進一步說明,「這樣做也能讓感測器較為柔軟,更服貼於車子表面,不必擔心美觀問題。」 當人體靠近感測器時,會與之產生靜電感應,偵測的電壓會顯示在一旁的螢幕上。 圖/團隊提供國立臺灣大學醫學工程學系教授林宗宏則表示,因現今的光學感測器在天候不佳時難以使用,但此作品能與光學系統的感測器可以互補,具有可看性。對此,賴盈至教授表示未來亦會往此方向發展,並補充道:「如何讓原料以便宜且大量生產製作,則是未來的挑戰。」
興大創傷口敷藥新配方 加速糖尿病患傷口癒合
新知
第1774期
興大創傷口敷藥新配方 加速糖尿病患傷口癒合
2022-12-08
【記者江昇綜合報導】糖尿病患者的細胞因長期浸泡在高糖環境中,造成分裂緩慢,導致傷口難以癒合。國立中興大學學生團隊研發「糖尿病患傷口敷藥新配方」,望能加速傷口痊癒,同時增強免疫功能避免感染。該技術榮獲國際遺傳工程機器設計競賽(International Genetically Engineered Machine Competition, iGEM)銀牌獎。根據國際糖尿病聯盟統計,全球有超過5億名糖尿病患者,台灣每十人就有一人患病。團隊隊長、興大生物科技學士學位學程學生徐旻鈺表示,糖尿病患者傷口不易痊癒,容易引起細菌感染,嚴重時會引發足潰瘍、甚至導致截肢,不僅會造成龐大醫療支出,也會影響患者心理健康。因此,團隊研發新型傷口敷藥,盼能改善病患生活,並減輕醫療機構負擔。該配方所使用的「PQQ(Pyrroloquinoline quinone)」為一種抗氧化物質,「在已知文獻裡,被證實對細胞修復有很強的促進效果。」團隊成員、興大生醫工程研究所碩士學生蘇沂凡解釋,PQQ能刺激粒線體(註一)產生能量供細胞活動,過去主要用於抗老化保健食品,但其促進細胞活性的特點也能協助傷口癒合。因此,團隊將PQQ製成傷口敷藥,藉此增強患者的自癒能力。註一:細胞內的一種胞器,負責生產能量,有「細胞能量工廠」之稱。為大量製造PQQ,團隊以基因轉殖技術(註二)培育出能生產PQQ的納豆桿菌,「納豆桿菌是一種公認的無害菌株。」蘇沂凡說明,納豆桿菌不僅不會產生毒素,更會生成多種有益人體的物質,如能平衡血糖的維他命K2、促進血液循環的納豆激酶等,可進一步提升傷口復原的效率。註二:將一種生物的遺傳物質移入另一種生物的細胞中,藉此改造基因。護理師游淑貞提及,「糖尿病患者傷口不易癒合的原因有很多,一般是需要看每個病患的情況來選擇治療方式。」因此,他對這項技術能否普遍應用於所有患者抱持疑慮。不過蘇沂凡認為,本次研究成果已經證實PQQ協助傷口修復的可行性,團隊也期盼該技術被實際應用於醫療機構當中,為糖尿病患者帶來幫助。
中興創上下肢協同訓練輔具 提高偏癱患者復健效果
新知
第1769期
中興創上下肢協同訓練輔具 提高偏癱患者復健效果
2022-10-27
復健系統示意圖,分為上下肢外骨骼、氣壓肌肉減重系統及其控制系統。 圖/研發團隊提供【記者張倩怡綜合報導】現今半身偏癱患者在復健時,每次都需至少三個護理師同時協助進行訓練。國立中興大學機械工程學系副教授李聯旺帶領團隊研發「基於虛擬實境之上下肢協同復健外骨骼系統」,透過上下肢協同訓練提高復健效果,此發明亦獲得2022臺灣創新技術博覽會發明競賽金牌。在少子化和人口老化的雙重夾擊下,護理人手將面臨供需失衡的情況,當護理師需同時照顧多個患者時,復健成效將受影響。團隊望能藉由多台機械同時運作,達成多個患者同步訓練,以節省人力。李聯旺說明,「在日後就可以半自動化或全自動化,不再需要有人專注在旁邊。」 團隊研究生示意真實病患使用的狀況。穿上穿載式外骨骼後,病患可不需人力協助進行訓練。 圖/研發團隊提供根據神經耦和理論,上下肢運動具有一定的關連性,協同訓練有助肌肉重塑。團隊成員蕭昭文解釋,「手臂擺動對平衡身體與穩定軀幹是很有幫助的。」因此,團隊將系統設計成穿戴式的上下肢外骨骼(註一),並透過仿人體肌肉運動的氣壓元件,在帶動肢體訓練時進行緩衝,讓患者自然地在跑步機上走動。此外,因偏癱患者在復健時左右重心容易失衡,裝置中的上肢外骨骼動態減重系統,能適時地將患者提起和下降以平衡重心,減輕身體的壓力,再依據復健狀態進行重量控制,確保其穩定性。註一:外骨骼機器人輔具泛指一種可穿戴於人身上,用以輔助肢體殘疾者恢復功能,或老年人行動障礙的機械式輔具,亦用於擴充或增加使用者生理機能的系統。 氣壓肌肉減重系統可依需求將病患提起或下降,為病患減輕走路的壓力。 圖/研發團隊提供「當患者手腳都被綁起來時,感到不適也無法用手去暫停。」李聯旺提到,雖然該裝置解決目前復健機較難兼顧左右平衡的問題,但若要廣泛使用仍有改善空間。不過,他也認為當今的人臉辨識技術足夠先進,希望未來能透過AI辨識患者的表情或動作,決定系統是否需要停止運作。同時,系統備有腦機介面調控(註二),即時評估患者復健時的腦部活化以及回復程度。李聯旺也補充,「復健過程中患者大概都會覺得無趣,復健沒用或成效很慢。」因此,團隊配上VR系統,讓患者可以在不同的場景中進行復健,提高參與的積極度。註二:腦機介面指大腦與外界電腦進行連結,並控制外部設備。目前系統所採用的數據以國外資料庫為主,李聯旺說明,「中西的體格有差別,所以在機械結構還是需要經過一些微調才適合台灣人。」系統目前於高雄醫學大學附設醫院進行臨床實驗,以蒐集更多數據作調整。而物理治療師陳俊宇則提及,「病患初期站不起來時,可以使用機械幫助他站起來做復健。」不過他也認為,當後期患者已回復到一定程度時,還是應以傳統的復健訓練為主,有專人跟進會更安全。
廢棄稻草包水果 中興創減塑環保新材料
新知
第1753期
廢棄稻草包水果 中興創減塑環保新材料
2021-10-06
【記者單師樵綜合報導】水果從種植、運送到販售的過程中,需消耗大量塑膠包裝。為此,國立中興大學生命科學系學生周麗慧與生物產業機電工程學系學生林虹余合作,研發「WastePack升值廢物包裝」,以稻草為基底,加入聚乳酸、甲殼素等材質製作長途運輸水果的包材。WastePack不僅能替代包裝水果的塑膠,更有助於減少因燃燒稻草及提煉塑膠所產生的碳排放,並且原料為廢棄物、成本低。作品獲得教育部「109年度氣候變遷創意實作競賽」金獎肯定。 WastePack為國立中興大學生命科學系周麗慧與林虹余所研發,為長途運輸新鮮水果所使用的包材。 圖/林虹余提供當初WastePack的發想,起因於團隊希望解決水果浪費。林虹余說:「其實食物上游端有浪費問題,例如水果在運送時使用的冷藏車,其中的風扇因為不常清洗,容易藏汙納垢,水果放在裡面也會容易壞。」因此,他們決定從較少人涉及的上游端來改善現況。WastePack的主要原料為稻草,同時加入聚乳酸,使得包裝同時擁有紙與塑膠的特性,水氣因此不易進入與水果接觸。林虹余說明:「我們發現聚乳酸是最好分解,也是大家在提到環保塑膠的時候,第一個會想到的材料。」另外,因材質包含海鮮萃取的甲殼素,WastePack亦有抗菌效果,使水果在運輸空間下較不容易腐敗。「甲殼素在生醫領域很常被拿來抗菌,而且它可以跟聚乳酸結合。」林虹余解釋,甲殼素同時能解決抗菌成分無法與紙材融合的問題。 WastePack包裝材質以廢棄稻草為基底,並加入聚乳酸與甲殼素而製成。 圖/林虹余提供不過,團隊在製成WastePack的過程中遇上兩個技術困難。首先,他們找不到將紙與塑膠特性合併的方式,林虹余說:「森林系教授聽到我們要把紙和塑膠結合起來的時候,都覺得不可能。」而在尋覓抗菌成分時也歷經波折,團隊曾經嘗試兒茶素、柑橘精油以及柿子葉等材料,但都無法良好地與紙張結合。經過大量閱讀論文、與專業領域教授多次討論後,團隊總算找到聚乳酸與甲殼素,使WastePack能夠克服上述困難。團隊亦分享,他們與校內有機農業攤販接觸後,意外發現農民對於WastePack作為環保替代品十分支持,指導教授程華強說:「現在農民環保意識其實滿高的,他們可以感覺到氣候變遷對於台灣農作物帶來的負面影響。」國立臺灣大學農業化學系學生黃詩雅也認為,若價格合理,他願意分享包裝理念給身邊朋友,然他亦指出:「團隊僅運用稻桿中的纖維素,剩下部分該如何解決是另一問題。」他補充,甲殼素過敏患者與素食主義者可能無法接受此包裝。 WastePack包裝有防潮、抗菌功效,同時又由生物材料製成,並可生物分解。 圖/林虹余提供此外,要將WastePack商品化還遇上資金困難,「光是專利就要我們先出100萬出來。」程華強解釋,雖然目前仍無法商品化,但此研發是個有前景、有潛力、一舉兩得的方案,「它解決一個非常大的環保問題,接著它可以對台灣未來農業科技上面帶來很大的助益。」而團隊目前則計畫參加新創競賽,希望能藉此獲得更好的資源,如輔導生產。周麗慧表示,希望WastePack有朝一日成為台灣主要的水果包裝方式。
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