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     2016發明展技術推薦系列報導

2016發明展技術推薦系列報導(10)台灣師範大學 - App學習遊戲

對著滿地的樹葉大力呼一口氣;伸出手指頭輕緩地撥開表面上的沙,這不是山林探險或戶外教學,而是國立臺灣師範大學洪榮昭教授利用手持式行動裝置特點,將遊戲學習理論內置的教育遊戲App-掌握世界,讓玩家在新奇有趣的人機互動過程中,吸收知識,同時增加遊戲的教育價值,達到寓教於樂的良效。 由洪榮昭教授所帶領的數位遊戲學習實驗室近年來陸續開發了18款遊戲,內容涵蓋語文、自然科學、社會、綜合等學科,年齡層從幼兒園、國小甚至大專院校皆可適用。洪榮昭教授表示,學習可分為預習式的前翻轉學習和複習式的後翻轉學習,透過虛實整合,寓教於樂,讓孩子在遊戲的過程中,利用預測答案、觀察、驗證答案的過程培養思考、推理的能力。 洪榮昭教授表示,行動裝置已成為民眾生活中不可或缺的工具,很難避免學童接觸使用,與其怕他們沉迷其中,不如將生活常識、學科知識等內容內斂於遊戲APP中,再搭配精緻的畫面、有趣的互動機制,讓孩童在遊戲過程中潛移默化,自然而然吸收APP中所提供的豐富知識。 除了人機互動,洪榮昭教授團隊更巧妙利用行動裝置中的陀螺儀及傳輸技術,建立起人與人之間的連結。以其中一款APP「海底Fun Fun」來說,玩家除了得先認識海洋中各種生物的特徵和習性,再根據這些知識以及對生態鏈的了解來進行遊戲外,玩家還可以邀請遠端的朋友一起遊戲,甚至搖一搖平板就可以把自己平板中的海洋生物傳輸到朋友的平板中,特殊的設計相當受到玩家歡迎。 此外,這些APP遊戲有專屬的後台機制,後台的編輯功能可以應用在學校課程中,教師能在遊戲機制不變的情況下,依據實際的學習內容作不同的題目調配,讓學生得以在遊戲中進行學習成效驗證,甚至學生和學生之間也能相互出題PK,藉由競爭提高學習意願,達到自主學習的目的。 洪榮昭教授表示,國內各大院校,例如元培科技大學皆已陸續導入這樣的學習載具,團隊也積極和國內教育出版和幼教龍頭業者接洽中,歡迎有志於教育的相關業者,如安親班、幼兒園業者一起加入,擺脫過去傳統的測驗形式,帶給學生有趣的學習情境。

2016發明展技術推薦系列報導(9)高雄醫學大學 - 一種快速分離脂肪間質細胞之組合物

望著粗壯的大腿,寬廣的腰肚,體脂肪是不少人欲除之而後快的東西,目前可以化腐朽為神奇。高雄醫學大學骨科學研究中心何美泠教授團隊,包括骨科教授張瑞根、陳崇桓以及中山大學機電系林哲信教授,更培養了王耀賢博士形成創業團隊,所研發的最新技術,可以在手術室中1~2小時內快速分離出脂肪間質幹細胞 (Adipose Derived Stem Cells, ADSCs),自體使用沒有排斥問題。 高雄醫學大學產學營運處長,同時也是高雄醫學大學骨科學研究中心主任的何美泠教授認為,近年來幹細胞的應用已趨於成熟,臨床應用的時機已到來,然而幹細胞的來源是難題之一。脂肪的幹細胞含量高,且較不會隨著年齡而老化,將成為未來幹細胞的主要來源。 為什麼選擇脂肪作為對象?何美泠教授表示,需要幹細胞治療的疾病多半不易在早年發生,而目前坊間盛行的臍帶血冷凍保存,經過十幾、二十年的長時間保存後,一旦有所需求時,細胞活性能不能起作用是風險,而且維護成本太高。而另一常用的骨髓幹細胞,伴隨著身體老化容易有分化、分裂能力衰退的問題。都是是其應用上的限制。 過去,從自體組織中分離與純化間質幹細胞(Mesenchymal Stem Cells, MSCs)需要相當複雜的操作程序且耗時。如在體外將間質幹細胞放大到足夠使用的細胞數量,則需要優良實驗室操作規範(Good Laboratory Practice, GLP)的實驗場所才能進行耗時耗資,同時體外操作的過程也增加細胞受細菌或病毒感染的機率,造成幹細胞在臨床應用上的限制。 何美泠教授團隊發明的酵素配方,能夠在30分鐘內就將脂肪間質幹細胞從脂肪組織中分離,五公克的脂肪組織中就能快速分離出約一千萬顆細胞,有助於未來在手術室中1~2小時短時間快速由脂肪組織分離、篩選ADSCs並運用於再生醫學,自體移植,提供病患的另一種更安全的選擇。 近年來,脂肪幹細胞應用於修復肌肉、脂肪、骨骼、軟骨,甚至胰臟、腎臟的研究或臨床試驗均蓬勃的執行中,在骨科學研究學者強調間質幹細胞可運用於骨與軟骨再生醫學的重要細胞來源,因此自體幹細胞的移植,特別是體脂肪幹細胞的自體移植成為未來幹細胞治療應用的趨勢。高醫骨研中心目前已與動物醫院進行合作,在犬隻的退化性關節炎進行臨床實驗,對於未來的應用相當有信心。

2016發明展技術推薦系列報導(8)高雄醫學大學 - 積層陶瓷製造之組合及其方法

根據衛福部健保署統計,台灣超過8成的成年人患有牙周病,而嚴重的牙周病會使牙周組織嚴重遭受破壞,在 X光片上也可見到牙齒周圍的齒槽骨被破壞,造成齒牙動搖,一般必須在齒槽骨進行補粉重建,經過大半年的時間才能進行植牙。高雄醫學大學、醫化系的王志光教授與其骨科學研究中心團隊所共同研發的「積層陶瓷製造」技術,將改變這種治療方式,是需要骨重建病患的一大福音。 「積層陶瓷製造」技術是利用負溫感性水膠系統(例如:poly(N-isopropyl- acrylamide)、poly(N-Acryloylglycinamide)等等)的負溫感特性與生物陶瓷粉末攪拌使用,再透過3D列印設備升溫製作成型。負溫感性水膠溶液可依陶瓷粉末的不同,調整黏度、濃度和添加比例。並且可以控制燒結溫度參數來促使陶瓷粉末間均勻收縮,取代大多陶瓷元件製作上需透過機械力擠壓定型的成本與時間。 王志光教授指出,負溫感性水膠具有高度可塑性,能夠擺脫傳統膜具的限制,可做到客製化以及少量多樣的生產方式;使用此水膠系統所得3D積層製造的雙連續相結構(Bicontinuous structure)產品,其具有機械性更勝以往,有效替代傳統陶瓷製作方式,若是在植入時一併置入促進骨生長藥物來引導骨髓細胞,更能擴大其治療應用範圍,絕對能對需要骨重建的病患帶來新治療選擇,例如:顱顏面骨缺損再生修補以及下顎骨再生重建。 高雄醫學大學何美泠產學長則表示,高雄醫學大學的骨科學研究中心,包含基礎醫學、臨床醫學,成員的專業背景更是涵蓋骨科、復健科、整形外科甚至化學領域,就是希望透過跨領域的激盪,研發出最有利的材料及方案,為骨科治療往前邁進。 再生醫學領域中,組織工程技術日益成熟,尤其是在骨、軟骨組織或皮膚組織的臨床應用。王志光教授透露,高醫骨科學研究中心的研發團隊將與國家實驗研究院、儀科中心合作,為「積層陶瓷製造」技術開發專屬的大型3D陶瓷印表機,以符合臨床應用。

2016發明展技術推薦系列報導(7)中山大學 - 生質柴油之製造方法

為了減緩石油枯竭的威脅和節能減碳的目標,世界各國紛紛大力推動生質燃料政策,讓科學家積極尋找替代能源,而以廢食用油作為主要原料的生質柴油,擁有環保、低成本等優勢,成為眾所期待新興替代能源之一。中山大學林淵淙教授生質柴油製造方法,一掃傳統製造方法帶來的廢液問題,讓生質柴油成為真正的綠色能源。 有別於傳統製程的生質柴油使用勻相催化劑,容易導致廢液生成,新技術採用二階段預酯化/轉酯化反應,林淵淙教授表示,預脂化時醇-鹽酸莫耳比越高時可降低越多的游離脂肪酸,先降低油離脂肪酸有利用後續生質柴油轉酯化反應。其中反應溫度、酸觸媒濃度與醇酸莫耳比是脂肪酸酯化反應的重要參數。在較大的醇酸莫耳比、較高的反應溫度以及較高的酸觸媒濃度可得到較高的平衡常數與正向反應速率常數,致使提升酯化反應的平衡轉化率與正向反應速率。 至於生質柴油因酸價過高而造成使用車輛零件損傷的疑慮始終是生質柴油推廣的阻力之一,林淵淙教授澄清,根據研究結果顯示,如果以奈米級酸性二氧化鈦進行預酯化處理在最佳條件下反應,可使廢食用油之酸價降低至0.365 mg KOH/g,符合歐盟EN 14214生質柴油的酸價標準(mg KOH/g)需低於0.50 mg KOH/g的規範,且預酯化效果高達90%,可有效避免生質柴油中的游離脂肪酸會腐蝕車輛引擎及油箱的問題,大家可以放心使用。 林淵淙教授團隊在研究過程中,曾遭遇合成的非勻相固體觸媒催化劑無法有效降低廢食用油酸價之瓶頸,但團隊嘗試透過不同條件參數或是材料進行合成,如改變二氧化鈦與酸液的固液比;或是以硝酸含浸二氧化鈦進行催化劑之合成。最後發現,以硫酸含浸二氧化鈦所合成之非勻相固體觸媒催化劑,最能有效降低廢食用油酸價,達到預酯化的效果。 新政府將綠能視為重點發展目標,替代能源將再度受到矚目。林淵淙教授指出,近年來國外政府也積極補助推動生質柴油政策,使諸國如韓國及歐洲等國皆來台搶購廢食用油做為原料,導致國內2015年廢食用油的價格大幅上漲。在國際原油價格近一年走勢大幅下跌下,造成生質柴油競爭力低下。希望能在確保生質產業料源供應充裕的前提下,提升生質柴油品質,加速替代能源的普及。

2016發明展技術推薦系列報導(6)嘉義大學 - 蔬果預拌粉製造

根據財政部統計,烘培業每年產值高達千億元,可見國人對於糕點、麵包的喜愛程度。經過一連串的食安風暴,民眾對於養生、自然、健康有更進一步的要求由嘉義大學所開發的「蔬果預拌粉技術」,可依據不同水果原料,設定不同乾燥條件,以達到最佳成品製作時間以及最小的營養成分破壞,同時滿足產品色、香、味和保留營養價值,可望為烘培界帶來新氣象。 「一般蔬果乾燥食品為求快速都是使用高溫帶走水分,這樣不僅會破壞水果的營養分,也會造成褐變反應產生對人體不好的物質。」嘉義大學食品科學系呂英震教授解釋,傳統乾燥方法是利用高溫烘乾,或是將水果加糖浸漬後再烘乾,這樣的話會使維他命C等不耐熱的營養素被破壞,浸漬的過程也會使植物多酚等營養素流失。蔬果的風味通常不耐熱,只要溫度一高就揮發掉,所以高溫處理通常會喪失新鮮的味道。 「蔬果預拌粉技術」則可依照食材的特性、用途目的與成本需求不同,是將特殊處理後的鮮果表面積極大化後(使效率提升),依照食材不同,分別選用低溫對流處理或是冷凍真空乾燥處理技術,依據不同水果原料,設定不同乾燥條件,不斷的帶走水果中的水分,不但把原材料的風味和營養百分之百保留下來,甚至連蔬果的天然色澤也能獲得保存。 目前「蔬果預拌粉技術」也與種植玉井芒果、柳營檸檬等農民合作,生產出的預拌粉已成功運用麵包、蛋糕、鬆餅和蛋捲等產品中,大受消費者好評。例如市面上已經有合作的蛋捲和鬆餅。呂英震教授也呼籲,許多消費者已經習慣又香又甜的重口味,希望藉由「蔬果預拌粉技術」讓消費者對於食品有重新認識的機會,也讓味蕾回歸習慣天然的味道,相信對產品製造商和消費者都能帶來正面影響。

2016發明展技術推薦系列報導(5)海洋大學 - 含抗腸病毒紅藻多醣

令家長聞之色變的腸病毒71型是一種新型的腸病毒,會引發孩童腦炎、肺水腫甚至死亡,到目前為止仍然沒有藥物或疫苗可以有效對抗,嚴重威脅孩童健康。海洋大學吳彰哲教授長期投入藻類多醣體對腸病毒的免疫防治工作,發現紅藻多醣可與腸病毒71型產生作用,能有效降低病毒在體內的作用,保護兒童免受病毒侵擾,真可謂孩童和家長的一大福音。 憑藉著神農氏嘗百草的精神,吳彰哲教授利用海洋大學地理優勢,對台灣週邊海域藻類進行普查研究,發現原來常作為食品增稠劑的紅藻萃取物含有豐富的多醣體,能夠有效阻絕腸病毒71型的入侵,讓人體免於感染風險,對於家裡也有小寶貝的吳彰哲教授來說,自然不能錯過深入研究的機會。 吳彰哲教授表示,腸病毒的主要傳染途徑是人類接觸污染的器具或玩具後,經口誤食後感染。大人的抵抗力佳,經過適當治療和休息後即可痊癒,然而孩童卻可能引發腦炎、肺水腫,甚至急性心肺衰竭等重症,致死率高達3~20%,嚴重威脅孩童生命安全。 在電子顯微鏡下與分子生物試驗中可以發現,藻類多醣緊緊吸附在腸病毒71型的周圍,阻止腸病毒71型進一步感染細胞。吳彰哲教授解釋,正常腸胃道細胞的細胞膜表面有接收器,病毒進入腸胃道後就會與細胞膜表面的接收器結合,進入細胞內進行感染,引起各種併發症。而藻類多醣的作用機制就是與病毒結合,將病毒團團包覆,隔離病毒與腸胃道細胞之間的接觸,降低發病機率。 為了讓更多人能夠了解藻類多醣的好處,吳彰哲教授特別與常春藤生技公司進行產學合作,推出「藻多糖」,酸甜的滋味相當受到小朋友歡迎。常春藤生技總監王米玉指出,藻類多醣體對腸病毒71型的防護效果對孩童和家長來說都是重要發現,「藻多糖」中除了有豐富的藻類多醣,更特別加入多種益生菌,可加摻在溫牛奶或溫開水中讓小孩子服用,打造更全面、更徹底的健康防禦系統。

2016發明展技術推薦系列報導(4)亞東技術學院 - 廢塑膠容器回收系統及其方法

據行政院環境保護署統計,截至105年度7月,台灣廢塑膠容器回收量高達10萬餘噸,可見台灣塑膠容器的普遍性後背後廣大的再生資源商機。為促進物質回收再利用與資源循環再生利用,亞東技術學院開發「廢塑膠容器回收系統」,具簡單、體積小、辨識度高等特性,能有效減輕環境負荷,成為環保、永續家園,建立資源永續利用的好幫手。 亞東技術學院團隊指出,塑膠容器已成為民眾生活不可或缺的東西,牛奶罐、果汁瓶、寶特瓶、洗髮精等,都與塑膠容器密不可分。然而塑膠容器的範圍廣大,依材質可分為PET、PE、PP、PVC、PS等,但由於種類繁雜、辨識不易,雖然有極高的回收率,卻造成後續分類困難、成本高昂等問題。 研究團隊賴金輪、陳俊宏老師解釋,傳統的塑膠容器分類是採用條碼辨識,容易因為容器外型限制,扭曲、缺損或是液體殘留而造成判別失誤,使得分類成果不盡理想,連帶影響後續回收再利用廠商的便利性。 為了解決這問題,亞東技術學院利用不同塑膠材質具有不同光譜的特性,將光線投射在欲回收的廢容器上,機器即可在在0.3秒以內判斷廢容器種類,不會因為廢容器外觀或標籤毀損、變形、遺失而有所影響,精確度幾達100%。 「廢塑膠容器回收系統」擁有體積小、成本低、反應快速等優勢,未來可於便利商店、賣場或各大捷運站進行設置,將廢塑膠容器回收做得更精細,有利於後續處理廠加工再製效率,創造更多綠金與商機。目前亞東技術學院團隊也積極與加拿大、歐洲、東南亞地區國家的資源回收廠商洽談技轉與設備合作開發,希望除了資源回收機開發案以外,也進行資源回收站之大型自動化機台移植之合作模式,為地球環保、永續資源盡一份心力。

2016發明展技術推薦系列報導(3)高雄醫學大學 - 抗癌組合物及其用途

衛生福利部國民健康署104年發表的癌症登記報告指出,肝癌佔國人癌症發生率第三位、死亡率排名第二,每48分鐘就有一位肝癌病患被診斷。每年初次診斷約1萬1千人,死於該病約8千人,是一個治癒率低、死亡率高的癌症。為了找出解決之道,長期鑽研的癌症防治的高雄醫學大學陳宜民教授建立「GNMT啟動子驅動之冷光報導子為藥物篩選平台」,為肝癌患者力拚生機。 陳宜民教授表示,苷胺酸甲基轉移酶 (簡稱GNMT)除了對肝癌腫瘤有抑制效果,對於暴露在各種致癌物質,包括黃麴毒素和多環芳香烴也有保護作用。在大部分的肝癌患者其腫瘤組織中及非酒精性脂肪肝(NFLD)患者、肝硬化患者(肝癌高風險群)及囓齒實驗動物的肝臟中,GNMT的表現量是下降的。 此外,高比例的GNMT基因剔除鼠,會自發的產生肝癌;若小鼠的肝過量表現人類GNMT則可抵抗黃麴毒素B1誘導之肝腫瘤的發生,而過量表現GNMT確實會抑制癌細胞的增生。因此,增強GNMT的表現可能對肝癌有治療效果。為了識別GNMT的誘導劑,我們建立一個GNMT啟動子驅動之具冷光報導特性的穩定細胞株,其細胞可用作篩選平台以找到GNMT啟動子誘導藥物。 「GNMT啟動子驅動之冷光報導子為藥物篩選平台」已成功找到7個小分子,而其中有6個被證實是可以改善肝臟功能。同時,團隊也測試了最新文獻報導可能的治療肝癌藥物,並發現大約23%的藥物是會增加GNMT 啟動子的活性,雖然這些藥物仍在發展中且已跟藥廠及醫院洽談中;但團隊榮仍積極使用不同肝癌模式做進一步的臨床前測試工作,並探討在肝癌中誘導GNMT表現的機轉。 陳宜民教授也指出,平台將來會進一步擴大應用到其他癌症治療藥物的篩選。此篩選平台之原理包含GNMT的誘導、表達和偵測,而目前研究顯示GNMT的表現量在前列腺癌的病人中是下降的,所以可以確認的是,平台將投入篩選治療前列腺癌的藥物,以幫助更多的癌症患者。

2016發明展技術推薦系列報導(2)南開科技大學 - 銀髮族健康促進之組合架式室內魚菜共生栽培暨情境感知技術

隨著台灣社會都市化和老年化的程度逐漸升高,銀髮族朋友曾經有過的田園經驗很難在都市叢林中再現。為了提供銀髮族重拾農耕生活的樂趣,培養健康休閒活動,同時滿足食安和綠色環保意識,南開科技大學民生學院研發團隊以「銀髮族健康促進之組合架式室內魚菜共生栽培暨情境感知技術」,它結合現代的智慧科技設計情境感知功能,可以因應不同植物所需提供不同光照,並使水質保持穩定,讓銀髮族朋友在家即可輕鬆享受田園之樂。 台灣魚菜共生聯盟創辦人也是研發團隊的成員,蘇博豐表示:養魚和種菜本來是兩種各需專業技術的領域,但魚菜共生讓兩者間產生互助結合,利用互助共生的養耕模式達到雙重效益,以飼料補充魚不足的營養,魚排泄物中的氮肥供植物生長,再佐以養液補充菜不足之養分,而菜對於水的濾淨讓魚可以健康成長,形成一循環再利用,互助共生的概念.城市中魚菜共生的推廣,有助於彼此之間話題的營造,促進人際關係活化,以及身體健康的維持,不論是在生理,或是心理方面,都是有明顯助益的. 利用物聯網技術,南開科技大學林正敏教授表示:在各種監控設備上配置小型感測器與控制晶片,隨時監控包含:溫度、濕度、光線照度、光照時間、酸鹼值、水流量、水位高度等資訊。並且施作一套閘道器,可以讀取檢測儀表的訊號和控制生長燈及抽水泵。再加上WiFi模組,即可將訊號傳至伺服主機,讓監控者可隨時掌握系統運作狀態,避免生態系統出現如水體發臭、魚蝦大量死亡、植株根部集體腐爛、枯萎的情況。 林正敏教授指出,拜物聯網時代感測技術進步之賜,可以幫助使用者更直接便利地進行各種環境資料監控,降低可能的失敗因子,讓對農漁有興趣的銀髮族都可以享受種植、收穫的成就感,增加生活情趣,也能為健康盡一份心力,可謂一舉數得。

2016發明展技術推薦系列報導(1)成功大學 - 居家服務型機器人

從軟銀的Pepper、亞馬遜(Amazon )的ECHO到華碩Zenbo,機器人正在全球颳起旋風,而大家也都期待著,機器人將如何進入我們的生活,帶給社會什麼樣的新風貌。成功大學電機系特聘教授,同時也是前任台灣機器人學會理事長的李祖聖教授,其所開發的居家服務型機器人,也許可以讓我們一窺居家服務機器人的突出之處。 這個名叫May的機器人身高約150公分,重量約55公斤。擁有能抓取物品的雙臂和四輪驅動的底盤,能像汽車一樣以前輪驅動的方式前進外,機器人也能原地自轉或全向式平移,不受輪胎迴轉半徑限制,更能夠在多樣、狹小的環境中靈活移動。 李祖聖教授表示,機器人的應用環境相當多元,不同的服務內容必須賦予機器人有相對應的能力。May是居家服務型的機器人,家庭成員可以透過語音或手勢下達指令,如「請幫我拿桌上的可樂」,透過自我學習和路徑規劃能力,May可以精確地移動到位,伸出手拿取桌上的可樂,而非一旁的果汁。 近來Pepper進入銀行業、零售業的消息,民眾一方面好奇機器人所能提供的服務,同仁也擔心未來是不是會被機器人搶走飯碗。李祖聖教授認為,受到少子化影響,缺工是未來不可避免的問題,而機器人可以補足這樣的缺口。機器人做的是低階、危險的工作,其他少量多樣的精細技術或是需要判斷力的決策工作,仍然必須仰賴人來執行,「機器人是幫手,不是敵人。」 李祖聖教授舉例,台灣老年化、少子化情況嚴重,居家照護將成為年輕人沉重的負擔,但是看護工作內容辛苦,目前都是仰賴外籍勞工來協助,未來在法律完善的前提下,像May這樣的居家服務型機器人就可扛起照護的重任,減輕民眾負擔。 稱霸國際各大機器人競賽,獲獎無數的李祖聖教授,其所開發的機器人軟硬體多由自行設計撰寫,製造成本顯著低於目前市面上之服務型機器人,並且可依照不同應用之需求,修改硬體機構,並設計軟體功能,已吸引國內知名代工大廠上門接洽,台灣機器人產業有望在研發和製造接軌下,闖出屬於自己的一片天。
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