【記者林婷妤報導】機械結構設計千變萬化，仍免不了出現振動問題。淡江大學航空太空工程學系教授王怡仁與淡江航太系碩士生余陳彥，共同發表「基於聲學黑洞理論之彈性樑應用於複合式彈性鋼片減振及獵能系統」，研究提出了兼具減振與能量回收，且產生電能的結構設計，為綠色回收提供關鍵突破，也於「2025中華民國航空太空學會第六十七屆年會暨學術研討會」奪得最佳論文獎第一名。 飛行器或機械元件在運作時，常受到風場擾動、其他機械等振動來源影響，若振動累積過大，將造成結構疲勞，進而影響機械壽命，因此，製作出減振結構就成了機械設計的重點。臺灣過去有研究嘗試將振動減輕，或者將振動能量用來發電，但卻發現兩者間有矛盾之處。王怡仁表示，傳統上如果要讓壓電材料產生電能就需要大幅度振動，反而無法讓結構減振，「你要讓它抖很大發電，那主體不是就壞了嗎？」然而，團隊卻利用了聲學黑洞原理（Acoustic Black Hole, ABH），突破了以往限制。 王怡仁解釋，原理關鍵在於須將機械結構中的橫樑，切削出符合特定數學函數曲線的凹槽，使厚度由厚變薄，當振動從厚的一端傳遞至越薄的區域時，波速會逐漸變慢，且因為能量守恆，振幅也相對增大，「能量就被集中在較薄尖端部分，它就沒辦法回傳，就好像振動波掉入黑洞一樣。」團隊設計出分層的機械結構，上層為橫樑，下層則為類似飛機或火車中的隔板，並以彈簧將兩者連接，形成可傳遞振動的系統，再將壓電材料 （註一）固定在橫樑尖端，使被集中的振動能量能轉成電能，再透過電線連接LED燈，驗證其是否發亮。 註一：主要由特殊陶瓷或高分子聚合物製成，可透過施加力產生電壓，反之也能通電讓其變形。 王怡仁進一步表示，目前研究已透過理論與實驗證明，顯示振動振幅可降低約30至40％，電壓也從自己過去研究的0.3至0.5伏特，提升1至3.5伏特，他也認為，設計未來能應用於無人機、衛星板件等存在持續振動問題的系統，並把產生的電能用於小型警示燈，整合成結構的健康監測系統。國立成功大學航空太空工程學系助理教授李孝威則說明，傳統上需附加阻尼才能達到減振，但反而會增加額外重量，因此他認為結構以非外加方式實現減振十分特殊。他也補充，過去在製作結構健康檢測系統時，往往需要額外電源，增加重量負擔，「那它（結構）基本上能發電，又可以轉化能量，可以說是一石二鳥。」 回顧研究歷程，王怡仁坦言整個過程相當耗時，「必須透過理論、數值分析、軟體模擬，還有實驗，4個環節要把它相互交叉驗證，讓誤差設定到5％內。」他也肯定余陳彥在理論推導上的投入，由於研究需要先求出結構的振動模態函數（註二），才能進行後續的數值分析等工作，而余陳彥則花費一年推導出函數，讓研究得以推進。對此余陳彥分享，他先從原始公式出發，再加入結構厚度變化條件進行推導，平時也會多參考國外文獻，「剛好有看到一個方法，最後也讓我成功解出來了。」 註二：指描述任何結構在不同頻率下如何振動的數學公式，找到此函數便能預測結構振動模式。 談及對研究後續延伸，王怡仁表示，未來打算將ABH結構應用於火箭減振設計，他指出，由於火箭主體細長，不同安裝位置會造成減振效果差異，因此未來將引入AI進行大數據分析，以降低人力成本與縮短設計時間。王怡仁補充，因波蘭的火箭發射成本較國內便宜，團隊近期也已提出合作申請，期望結合雙方技術，協助團隊進行數據蒐集，找出最佳化的減振配置。余陳彥則認為，半導體設備對微小振動非常敏感，因此他希望能優先應用於相關設備，以提升產品良率，期盼未來也能拓展至更多產業。

【記者林家慶報導】浩瀚宇宙中存在許多謎團，黑洞也包含在內。國立清華大學天文研究所教授江國興和清大天文所博士候選人張怡琪，日前發現一個非常罕見的中等質量黑洞（註一）候選人HLX-1，發表於《天文物理期刊》，並在7月24日被美國太空總署官網刊登，獲得國際重視，也離星系起源和演化的謎團更近一步。 註一：目前已知的黑洞主要有兩種，小質量黑洞的質量大約是十幾顆到上百顆太陽，而超大質量黑洞則可達上百萬甚至上億顆太陽，質量介於兩者之間的中等質量黑洞則缺乏資料。 在2019年以前，由於黑洞自身無法發光，人類只能藉由它們與其他天體的互動間接觀測，直到觀測技術進步後，才能透過數據建構出黑洞影像。然而黑洞的分布卻存在缺口，目前超大質量和小質量黑洞均有觀測紀錄，獨留質量居中的空缺，「（各種黑洞的數量）應該會均勻地分布，中間卻突然少了一大截。」張怡琪說，他表示小質量黑洞能在銀河系和衛星星系（註二）看到，超大質量黑洞則通常出現在星系中央，唯獨中等質量黑洞仍無出現規律，因而缺乏資料。 註二：受到引力影響而環繞另一個大星系的星系。 2012年，江國興偶然發現HLX-1發出異常強烈的X光，於是著手申請國際大型望遠鏡協助觀測，最終於2023年取得更精細的觀測資料。張怡琪補充2012年觀測時的情況，「被吸進黑洞的恆星碎片密度很高，碎片間快速摩擦的時候，溫度就會上升到非常高，可以到300萬度，剛好就是在我們X-ray波段可以看的。」他說明，該溫度與黑洞吞噬恆星時出現的溫度相吻合，因此展開研究。研究團隊運用哈伯太空望遠鏡、錢德拉X光望遠鏡，以及XMM-Newton望遠鏡，多重比對X光和可見光數據，觀測到黑洞吞噬恆星時才會出現的潮汐破壞事件（註三），再經過理論與模擬分析，層層排除其他可能性，確定這是一個中質量黑洞候選人。 註三：恆星接近黑洞時，一部分質量會被吸進黑洞，產生爆炸和輻射耀斑，並釋放出X光讓科學家能觀測到。 張怡琪說明，宇宙早期存在許多質量巨大的黑洞，由於小質量黑洞短時間內難以合併成超大質量黑洞，科學家因而推測是由數個中等質量黑洞合併形成，這份研究則為之提供了證據。然而，儘管從數據上發現了新的候選人，這份研究仍有許多需要驗證之處，張怡琪說：「同一個東西用不同觀測方式，可能得到不同結果。」，他補充因為儀器靈敏度限制、資料不充分，未來須以其他的觀測方式和直接的質量證據才能完全確定中等質量黑洞的存在。不過江國興表示，HLX-1的X光源是目前最亮的一個，取得的數據較佳，因此很有希望能被證實，也期待未來能透過更新穎的尖端科技，如雷射干涉天空射線望遠鏡（註四）等，收集不同形式的資料以推動研究。 註四：該計畫目前仍在設計階段，預計於2034年投入運行，到時將是人類第一座太空中的重力波天文台。 關於天文領域的發展，江國興表示台灣成果亮眼，但人力不足仍是硬傷，希望未來有更多學生對天文學產生興趣並投入，「我們有這個實力，但是人不多。」國立中山大學物理系副教授郭政育也說：「怎麼樣吸引更多學生參與黑洞研究計畫，把計畫持續下去是最重要的。」他認為，縱使政府願意投注資源，也有在國際嶄露頭角的天文學前輩，仍要透過國際合作彌補人才資源不足，才能做出更大的成果。