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興大研發自驅動感測器 實現電動車低耗高效理想
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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。
裝置偵測消防員跌倒 提升火場救災安全
新知
第1738期
裝置偵測消防員跌倒 提升火場救災安全
2020-12-02
【記者陳嘉怡綜合報導】消防員進入火場救援後,通常會藉由無線電進行對外聯繫,若發生意外,外界往往只能被動等待消防員回應。為降低消防員出勤風險,國立中興大學學生團隊研發「火場監跌」,此裝置會透過偵測人體姿勢變化與定位追蹤,判斷消防員是否跌倒,並可自動向外界傳達火場內消防員的動態。此作品獲得「2020大專校院機電創意實作競賽」第二名。 火場內部情形難預料,遇突發狀況時,消防員通常會因外力撞擊等原因劇烈改變動作,此時裝置則能偵測人體姿勢變化,判斷人員是否跌倒。圖為示意圖。 圖/吳庭安提供火場內部情形難以預期,消防員可能面臨外力撞擊等危險。團隊成員、中興電機工程學系學生蘇庭葦說明,火場監跌裝置會配戴於消防員的腰際,藉由加速度計測量撞擊力,並搭配陀螺儀偵測動作旋轉角度,以推斷人員是否跌倒。當意外發生時,此裝置會經由無線通訊系統傳輸,並透過電腦進行消防員的定位推算。接著,火場外部人員便能立即入內救援,並根據定位結果輔以現有的熱顯像儀進行搜救。同時,裝置也會發出警報聲響,使搜救人員更容易循聲音線索找到人。 「火場監跌」裝置能偵測人體的姿勢變化與定位追蹤,主動向外界傳達火場內部的消防員動態。 圖/蘇庭葦提供團隊使用LoRa無線通信技術(註1)作為訊號發射及接收系統,以取得目標所在位置。蘇庭葦指出,現有的定位技術多經由GPS系統,然GPS無法接收建築物內的訊號,「但是LoRa無線通信技術具備高穿透,而且抗雜訊能力強的特性,所以可以應用在室內環境。」指導老師、中興電機系教授林泓均補充,原本LoRa無線通信技術並無定位功能,他們是利用接收信號的強度進行距離推算,並結合三點定位法(註2)判斷確切位置。註1:LoRa無線通信技術(Long Range LPWAN, LoRa)為傳輸低資料量、高穿透且抗雜訊干擾性能強的通訊技術,其使用成本低、建置簡易,適合用於遠距離傳輸。註2:三點定位法指的是一種數學原理,利用三台以上的接收器在不同位置探測目標方位,並運用三角幾何原理確定目標的位置和距離。 當意外發生時,電腦後端會呈現即時定位與判別跌倒情況,並發出警示通知。圖為團隊學生實測過程。 圖/蘇庭葦提供蘇庭葦表示,目前此發明已經可準確偵測跌倒動作與定位,成功率高達96%,「但是目前如果要實際應用在火場救援上,還需要考量火場的溫度和濃煙變化。」高雄市政府消防局楠梓分隊消防員吳庭安則提及,因救援姿勢會因應火場狀況而改變,若此裝置要使用於火災現場,還須擴大動作資料庫功能與提升精準度,以避免誤判。除將裝置用於火場救援外,林泓均也提到,因應台灣社會人口高齡化日漸嚴重的趨勢,目前他們已向科技部申請研究計畫,盼將此發明應用於健康照護上,若長者跌倒或發生意外,便能透過裝置即時通知家人。 國立中興大學電機工程學系學生團隊發明「火場監跌」裝置,盼提升火場的救援效率,並以此獲得「2020大專校院機電創意實作競賽」亞軍及獎金10萬元。 圖/蘇庭葦提供
微米結構增反應面積 快篩晶片「蘭」截病毒
新知
第1736期
微米結構增反應面積 快篩晶片「蘭」截病毒
2020-11-18
【記者崔兆慧綜合報導】根據財政部統計,民國108年出口花卉產值共67億元,其中蘭花佔總外銷值八成,並以蝴蝶蘭46億元為大宗。然蘭花非常嬌貴,經常受到病毒侵擾,有鑑於此,國立中興大學農資學院院長詹富智、工學院院長王國禎研究團隊與半導體公司合作開發「蘭花重要病毒智慧檢測快篩晶片」,以便在花場邊快速檢測常見病毒,幫助減少蘭農損失。 蘭花是台灣重要出口花卉之一,昂貴且容易受病毒侵擾。團隊研發的快篩晶片可在蘭場邊快速檢測蘭花常見病毒,減少蘭農損失。 圖/蘭花大道提供有別於傳統ELISA技術(註1),檢測時間耗時五小時,且需專業技術人員與實驗室設備,對於中小型蘭園是一大負擔。此裝置可檢測四種常見蘭花病毒,只要取10微升鮮花汁液滴在晶片表面,反應30分鐘後再將晶片插入讀取器,即可得知植株是否得病,而檢驗資料還可透過藍芽傳至電腦。另外,雖市面上有快篩試紙產品,但試紙只能觀測顏色變化,無法主動記錄檢測結果且靈敏度不高,一般蘭農很少採用。註1:ELISA技術為一種酵素連結免疫吸附分析法,是將酵素連結到抗原或抗體上,用酵素活性來做為定量標記,可用來辨識植株是否感染病毒。 裝置包括晶片和藍芽讀取器,使用者將鮮花汁液滴在晶片上等候30分鐘後,再將晶片插入讀取器,便可得知蘭花是否感染病毒。 圖/國立中興大學提供微生物基因體學博士學位學程學生李佳華說明,過去ELISA病毒辨識技術已相當成熟,但檢測只能在實驗室中進行,不僅耗時也浪費人力。此檢測晶片,是由團隊提供病毒抗體技術,半導體公司開發晶片,共同改良過去高成本、低效率的檢驗方式。蘭農周伯倚則補充說:「現行ELISA檢驗報告是國際通用的,若要使用新的檢驗方式,會最先考慮國外是否認可。」此外,快篩系統中,最講究的部分是晶片品質,詹富智提及,鑑於製造產線不穩定會造成晶片靈敏度降低與檢測結果失真,研發使用半導體中嚴格且穩定的黃光微影製程技術,誤差值小於99.8%。並且,團隊在晶片表面製作許多大小一致的微米結構,增加晶片與病毒反應的的表面積,最後再利用表面修飾技術,將對應病毒的抗體大量固定在晶片表面,以抓取病毒。詹富智補充,此晶片的靈敏度與專一性(註2)可大於95%。註2:晶片上的抗體對病毒具有專一性,病毒會附著在對應的抗體上,藉此辨識病毒。 蘭花的商業用途廣,因花朵優雅漂亮,經常被裝盆銷售,是台灣重要的出口花卉。 圖/蘭花大道提供團隊已致力於蘭花病毒檢測研究多年,此研發更以產學合作形式,結合大學端生物技術及半導體產業的晶片製造,開發更符合市場需求的產品。團隊補充,目前快篩晶片還在測試階段,尚未實際運用至蘭園,但現階段已做出初步成品,預計於110年5月可提供樣本給花農試用,希望藉此提升台灣蘭花的競爭力。
空拍機融大數據測含水量 減農民烘稻成本
新知
第1730期
空拍機融大數據測含水量 減農民烘稻成本
2020-09-30
【記者蕭淳云綜合報導】稻穀含水量是影響買賣價格的重要關鍵,每多1%含水量,大約會增加二倍烘穀成本。為提升稻作品質與效益,國立中興大學土木工程學系系主任楊明德帶領團隊研發出「陸空協作之水稻最佳收穫模式」,將無人機結合大數據運算,得出稻穀的含水量變化,協助農民規劃最佳收割時間。該發明在2020未來科技展中獲得「未來科技突破獎」。 國立中興大學研究團隊研發「陸空協作之水稻最佳收穫模式」在2020未來科技展中獲得「未來科技突破獎」肯定。 圖/許鈺群提供團隊利用無人機空拍,大面積蒐集稻穀在不同含水量呈現的特徵變化。團隊成員中興土木工程學系博士生許鈺群表示,機身上裝設的感測器對於植物體內葉綠素與水分變化十分敏銳,能精準測定含水量。而蒐集到的大量數據會再經由DNN演算法(註),利用穀粒外觀、葉綠素變化等資訊,歸納出含水量數值,建立最佳採收期評估系統,農民上網就可查看分析結果。註:DNN演算法又稱深度學習演算法,巨量資料透過多個處理層的轉換,自動抽取出具代表性的資料,可以節省人工計算所花費的時間。 團隊在無人機上裝設感測器,大面積蒐集稻穀的含水量數據,為農民規劃最佳收割路線。 圖/許鈺群提供然而,空拍機造價高,並非所有農民都能負擔,因此,團隊另開發LINE APP測定模式,不需使用到空拍機,農民只要加入LINE好友,拍攝單株稻穗圖片上傳,即可獲得穀粒含水量等相關資訊。楊明德提到,水稻並非高經濟產物,因為獲利不高,「農民不會花太多錢去照顧它,所以變成要用很低的成本做(含水量測定),不然成本太高,沒辦法落實。」一般來說,農民將收成的穀物送至農會後,會取部分稻穀以烘穀機測定含水量百分比。許鈺群解釋,不同於農會普遍使用的破壞採樣方法,團隊開發的技術不管是用空拍機或手機拍照測定,都可以在不破壞穀物的前提下得知含水量,提供農民更科學化與準確的採收時機判斷依據。此裝置除了可以輔助農民決定收割時間,也可應用於規劃收割機路線。彰化縣伸港鄉水稻農民周秀墨解釋,為節省成本,通常多位農民會合用一台收割機進行採收,然而收割機跨越田埂的成本耗損很高。有鑑於此,團隊利用LINE APP測定模式系統,整合周遭區域的稻作含水量,規劃出花費最少的收割路線。不過周秀墨認為,除非此技術被鄰近農戶廣泛使用,否則即使知道最佳收割日期,還是會為了配合周遭農民而無法落實。 團隊收割稻米,進行樣本採集,並在實驗室蒐集地真資料,檢測樣本的含水量。 圖/許鈺群提供團隊闡述,他們利用空拍機與大數據研究稻作栽培已邁入第三年,希望透過科學方法降低不必要損失,提升農民收益。楊明德表示,未來將申請科技部的產業落地計畫,期許透過農民的廣泛使用,找出裝置潛在缺失,讓水稻最佳收穫模式能繼續發展與改良。&nbsp;
【專欄】浪浪專屬醫療室:收容所醫療的一線生機
生活
第1718期
【專欄】浪浪專屬醫療室:收容所醫療的一線生機
2019-12-18
【記者李芸綜合報導】獸醫師熟練地操弄手術用剪刀和鐵夾,快速將流浪狗身上傷口縫合、止血,再將昏睡的動物送回鐵籠,結束一台手術。獨立機構「浪浪樂活醫療室」位於國立中興大學獸醫教學醫院內,為收容中心的流浪動物提供醫療服務,而診療、操刀人員則多為興大獸醫學研究所學生。浪浪樂活醫療室於今年5月啟用,為興大獸醫學系副教授林荀龍因應大學社會責任(University Social Responsibility, USR)提出之「浪浪樂活——流浪動物減量與福祉實踐」計畫其中一環。醫療室為全台唯一大學設立的流浪動物專屬醫護中心,提供低價醫療給動物收容所、台中市動物保護防疫處等機構中的流浪動物。計畫也包含偏鄉絕育,林荀龍一個月兩次帶領學生前往中部偏遠地區,免費為當地居民寵物結紮,避免牠們在外繁衍下一代,希望由源頭減少台灣流浪動物數量。 中興大學浪浪樂活醫療室專門為流浪動物提供完善醫療照護,其運作、診療作業都由研究生和助理負責。 圖/李芸攝身為動物愛好者,林荀龍自大學便開始參與動保團體主辦的服務行動。他回憶,當時飼育環境和收容團體的醫療知識都不比現在,常有收容所因未妥善隔離生病犬隻,而導致集體感染。他也發現收容中心常面臨經費短缺問題,僅能提供動物基本溫飽,難以負擔昂貴的醫療照護。林荀龍因而開始利用週末,帶著學生到第一線為動物診治,更於民國106年經由教育部推動的大學社會責任實踐計畫取得經費,成立流浪動物專屬醫療室。 醫療室雖空間不大,卻有完善的手術設備,流浪動物能在此接受較複雜的手術治療。 圖/李芸攝除了幫助動物之外,醫療室同時給予獸醫系學生磨練機會。興大獸醫學研究所學生吳怡珣說:「大學獸醫系讀完五年後,理論可能很充足,但是實作方面非常缺乏。」由於獸醫系學生大都於畢業後才考取獸醫師執照,因此在學期間所受的臨床技術訓練十分有限。目前醫療室平時運作為林荀龍聘請獸醫師助理和研究生一同負責,研究生須實際執行流浪動物身體檢查、病情診斷和手術,並由獸醫師助理在旁協助指導。 獸醫系研究生在醫療室當中須獨當一面診斷病情、給予適當治療,幫助動物的同時也受到扎實的獸醫訓練。 圖/李芸攝學生經驗不及專業獸醫師,他們常需邊翻閱醫學書籍邊評估病情。提及印象深刻的病例,吳怡珣描述曾有一隻小貓和野貓打架,眼部被抓傷且嚴重感染,卻因年紀小無法麻醉接受手術。在團隊想方設法照護之下,小貓自行吸收壞死細胞,傷口逐漸復原,「看到牠的狀況越來越好,我們都蠻感動的。」然而,除了醫療室值班,這些學生仍須兼顧研究所課業,並要花時間在醫院中協助教授問診。「有一次做較麻煩的骨科手術,那天又比較晚開始,結束時已經2、3點,然後我們隔天一早還要跟老師的診。」興大獸醫學研究所的黃少鏞苦笑地說。即便辛苦,他表示這還是十分難得的學習機會,「肯定會比一般研究生有多一點概念,因為這個環境其他地方是沒有的。」 流浪動物常因打架受傷造成嚴重感染。每隻流浪動物都有詳細的病情註記,以利醫療室工作交接或是輪班人員施打藥物。 圖/李芸攝林荀龍說明,醫療室提供價格極低的醫療照護,希望減輕收容機構負擔,並未對私人飼主開放。他說明,自106年「動物零撲殺」政策上路以來,法規給予流浪動物生存權,然而許多動物滯留收容所,出現老化、疾病感染等問題。收容機構中的獸醫師則受繁雜行政工作和設備不足限制,無法妥當治療動物。他也希望藉此訓練學生獨立判斷能力,並在過程中啟發學生關注台灣流浪動物的處境。 醫療室提供收容機構完善且便宜的治療場所,希望減輕收容所負擔,同時啟發研究生關注流浪動物處境。 圖/李芸攝浪浪樂活計畫讓學生踏出實踐社會責任的第一步,目前醫療室規模雖不大,但營運狀況穩定,盡力提供動物最好的治療。團隊盼望未來能獲得更多資源,完善醫療室設備以幫助更多流浪動物。林荀龍則期待學生以專業回饋社會,「希望他們不是畢業後就開診所,想到的只是賺錢,而是職業中有一些可以幫忙社會的東西。」
中興團隊調控內生菌 促植物生長望取代基改
新知
第1715期
中興團隊調控內生菌 促植物生長望取代基改
2019-11-28
【記者何昀儒台北報導】隨著全球暖化加劇,作物生存環境變得惡劣,加上長期使用過量農藥與肥料,台灣地力嚴重下降。為解決此問題,國立中興大學生命科學院副院長黃介辰帶領該校師生,從植物體中篩選出許多特殊內生細菌,作為幫助植物成長與抵擋氣候變遷衝擊的調節劑,效果可望能取代基因改造(註1)作物。註1:利用現代分子生物技術,將某些生物的基因轉移到其他物種,改造生物的遺傳物質,使其在形狀、營養與消費品質等方面,朝向人們所需要的目標轉變。 團隊調控內生菌的技術,不僅能使作物生長更好,還能協助抗鹽害與降低戴奧辛累積。 圖/洪世勳提供內生菌種869T2,為團隊先前已篩選出的關鍵內生細菌之一,可與植物共存,並提供許多益處,如其生物刺激素(註2)能促進生長、增加抵抗逆境的能力等。黃介辰解釋,目前基因改造尚具爭議,團隊因此研究植物與內生細菌的交互作用,希望在基因改造之外,另尋其他方式改善農業生產。於是今年研發出新技術,藉由調控內生菌中的生物刺激素,使植物成長茁壯,也更能適應惡劣環境。註2:生物刺激素包括腐植酸、複合有機物質、無機鹽類等,可作用於植物體。 國立中興大學園藝學系學生洪世勳,正在解說團隊篩選內生菌種869T2的過程與實驗結果。 圖/何昀儒攝該菌種經新技術調控後能有效抵抗黃葉病——香蕉的癌症,並提升果實品質,大規模田間測試顯示,接種後的香蕉植株,罹病率從24.5%降低至3.4%。團隊學生洪世勳表示,該技術能使辣椒果實重量提高兩倍,而高麗菜不僅在夏季提早一個月開始結球,且品質更佳。黃介辰則說明,此技術能在植物體中直接調控其基因,進而影響性狀表現,因此具有取代基改作物的潛能。 團隊研發新技術,藉由調控內生菌中的生物刺激素,促進植物生長,進而提升蔬果品質。 圖/洪世勳提供團隊期望將該調控方式廣泛應用於農業,以生產更高品質的蔬果,並降低肥料使用成本,甚至協助抗鹽害與降低戴奧辛累積。更因其能促使許多作物提早開花與結果,盼未來能協助農民調節產期,洪世勳說:「避免同一農產集中於某期間收成,造成產量過剩、『菜』賤傷農。」黃介辰補充,此技術專為我國農民栽培模式設計,不僅能節省肥料與農藥成本,且施作簡便,可望提供農民更友善的產業環境。國立交通大學生物科技系學生陸彤說:「利用調控內生菌的方法,可免除基改作物的疑慮。」但他也表示,可能還需觀察內生菌接種後的繁殖狀況,以確保其可幫助農作大量穩定地生產。
植物生長加速器 提升農產量
新知
第1694期
植物生長加速器 提升農產量
2018-12-26
【記者孫佾妘綜合報導】耕作時,除了使用肥料,灌溉用水也可進一步加速作物生長。由國立中興大學土壤環境科學系學生創立的「鵬鴻農創」,結合農化背景和淨水器專家林沐德的專利技術「植物生長加速器」,以紅外線共振切割出穩定的小團簇水分子,幫助植物吸收養分,提升作物產量。目前就讀中興土壤環境科學碩士班的邱凱業表示,現在從事農業生產的多為老年人口,年輕勞力相對缺乏。因應人口增長帶來的糧食需求增加,該項發明除了在有限的資源下增加產量,協助農民以更輕鬆的方式耕種,更重要的是改變大眾觀念,「其實農業也可以賺到錢,其實也可以不要這麼累。」盼年輕人願意踏入農業生產,讓它不只是一個老化的產業。團隊成員陳嘉佑指出,團隊觀察農業環境面臨產量達上限、 土壤劣化、作物營養價值下降等問題,目前市場已經有一套精準施肥或是品種改良的公式,要在短期內發現其他可以提高產值的東西有限,「需要肥料的時候就使用肥料,病蟲害來時就使用化學性的農藥。」他說明這種直接性的「慣行農法」易導致土壤劣化和可耕地下降。水在植物吸收養分過程中十分重要,「植物生長加速器」將水優化成最好吸收的型態,三大特色是將水的團簇變小、降低水張力還有使水分子穩定。一般的水約聚集15至18個水分子,而改變後的小團簇水分子則只有五至八個,大幅增加相同體積水的表面積。水體積變小,可攜帶的養分變多,因此植物吸收養分的速率和比例上升。不但可增加產量,亦可增加肥料吸收率,減少過度施肥的可能性,降低土壤鹽鹼化和水汙染。邱凱業說:「水不穩定的話,可能從土壤到根部就已經沒效了。」他解釋,將水分子變小的技術已行之有年,此項發明最核心的影響是讓水分子穩定。傳統以磁力線切割的水分子容易還原,僅適合用在水耕植物,但以紅外線共振的「植物生長加速器」則可讓水以小分子形式存在至少三天,確保它得以被植物吸收。相對於新技術,傳統技術需消耗磁鐵和電力,一般台灣的農業環境取電不甚方便,耗材又耗能。該項發明於12月14日獲得「2018台灣拜耳創新獎」農業組優勝,而早在獲獎前它便已在全台多處農園實行,包含台南、彰化、宜蘭和桃園,用在荔枝、芽菜、菇類、蘭花等植物。團隊統計目前至少提升三成產量,同時提升作物良率,扣掉成本也能增加三成收益,對農業生產有顯著成效。
新型植物保護劑 奈米薄膜防病菌附著
新知
第1692期
新型植物保護劑 奈米薄膜防病菌附著
2018-12-12
【記者倪旻勤綜合報導】農藥殘留超標事件層出不窮,但為保持蔬果品質,使用農藥有其必要性。為減少農藥用量,國立中興大學新穎環境友善微奈米材料團隊研發出「微奈米植物保護製劑」,可替代農藥達到抗植物病害的效果,此系列研究──「微奈米天然資材於農產品生產與保鮮之循環經濟應用」於第15屆國家新創獎獲獎。 為保障蔬果品質與產量,農夫通常選擇噴灑農藥防止病蟲害,但也產生農藥殘留的問題。 圖/倪榮城提供不像傳統農藥以「毒性」影響病菌生長,微奈米植物保護製劑以物理性質防治病害,團隊成員、中興土壤環境科學系博士班學生嚴莉婷舉例,微奈米植物製劑的原物料經改質、改變尺寸後,噴灑在植物上,會在植物表面形成薄膜,「可以讓這些病害的孢子不易附著,或者是阻塞要噴發孢子的孢囊。」由於植物保護製劑的原料皆為有機廢棄物,如稻稈、廢棄蝦殼,因此並無食品安全疑慮,嚴莉婷解釋:「我們的材料是天然原料,這些東西都是我們吃下去對身體無害的。」團隊領銜教授、中興土環系特聘教授林耀東更指出,既然天然資材能吃下肚,那麼噴灑到農產品上,也不會有問題。 研究團隊已研發出可完全防治胡瓜露菌病之微奈米植物保護製劑,期望取代或減少農藥的使用。 圖/林耀東提供微奈米植物保護製劑的使用,與傳統農藥並無不同,同樣為以水稀釋,再噴灑,嚴莉婷說:「只是我們把裡面的液體換成植物保護製劑而已,它使用的方法跟原來的方法幾乎是一樣的。」如此特性,可望加強農民改用微奈米植物保護製劑的意願。「如果有效當然會使用,至少不要使用農藥。」農民倪榮城對此研究表達支持,由於一般農藥具有毒性,他曾在噴灑農藥時,因藥物滲透到體內,引發冒冷汗的中毒現象。「如果夠厲害,把其他病菌也都阻隔效果會比較好。」倪榮城也提到,微奈米植物保護製劑的使用範圍若能擴大到各類病害,會較有吸引力。然而,此發明因現實考量,還未能上市,林耀東說:「當時希望愈快愈好,但是受限於現在人力跟經費的關係。」依目前團隊規劃,將於五年內讓產品上市,除了目前已開發出的胡瓜保護製劑,也期望能夠同時推出防治水果、花卉病害之劑型。
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