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     2018創新發明館系列報導

2018創新發明館-技術推薦系列報導(8) 空調之調熱系統與方法

高溫悶濕的夏天,教室內空調主機奮力運轉,低溫的環境並沒有提振精神,反而令人昏昏欲睡。教室內高濃度的CO2即使打開空氣清淨機仍無法消除。國立勤益科技大學翁國亮教授提出之「空調之調熱系統與方法」可透過室內、外環境狀態之變化(如二氧化碳濃度及溫、溼度變化),自動調整至最低能耗的運轉模式,以提供人體最適合的室內環境,極具節能減碳之環保效益。 翁國亮教授強調此項發明是提供一種空調之調熱方法,持續偵測建築物室內、外環境狀態之變化,當建築物室內之環境變化至對人體不舒適之狀態預設值時,立刻引進室外新鮮空氣進行熱交換後輸送至室內,配合空調調整建築物室內之環境狀態。藉由建築物內能量轉換改善空氣品質有效提升學生學習能力 「除了勤益科大教室外,在清水國中林福裕校長支持下,也安裝了調熱系統,數據顯示的確有助於學習效果的提升。」翁國亮教授透露,此項研究已獲得科技部、教育部重視,將作為未來全國國中小學教室裝置冷氣的參考。 以「空調之調熱系統與方法」為基礎,翁國亮教授團隊進一步研發了「水能源系統廠房整廠計畫」,依產業,分級、分類、客製化打造水能源系統,透過工廠冷熱能量轉換與儲存,大幅減少空調主機運轉時間,可望節省20%以上能源消耗,目前在大安運動中心、斗六成大醫院、崑山科技大學等場域皆已導入此項技術,也吸引多家科技大廠前來探問。 翁國亮教授指出,透過物聯網、雲端、大數據之應用,未來在「水能源系統廠房整廠計畫」基礎下,一個建築物將是一個AI基地,利用水資源、位能、熱能的轉換與應用,做到預測未來可能的能源用量,並先行儲存,可有效疏緩能源突缺的危境。 「利用大自然的平衡機制,可以有效降低能源成本。」由翁國亮教授所帶領的技術服務團隊,協助業界針對人才、檢測、認證方面三管齊下,秉持「第一年帶著做,第二年看著做」的原則,協助廠商建置自主管理能力,並推廣智慧能表普及,致力於能源的消耗最小化,效率最佳化。

2018創新發明館-技術推薦系列報導(7) 低阻抗電盤之結構

機車在減速段會鬆放油門,引擎與電盤轉速同步下降,減低發電效率。另外,單缸引擎轉速波動較大,也會導致電盤的運轉變得卡頓、間歇,使電盤功率不佳,甚至損耗。由南臺科技大學先進動力與能源研究中心「低阻抗電盤之結構」,將汽車結構常見的單向軸承應用在摩托車上,在充滿加速、減速駕駛模式的市區段會發現油門反應變的靈敏,並可以提升怠速穩定性,目前已獲得美國、歐洲、台灣專利,將可望為摩托車產業帶來新的銷售刺激。 李卓昱副教授表示,低阻抗電盤的設計,是將轉子本體與永久磁鐵分開,除了能有效提升發電效率,增加整車電系零件使用壽命外,單向軸承的設計更能減少引擎轉速變化時,磁阻所產生的負功,將有效提升機車引擎效率與效能,減少燃油消耗率與節能及減碳。 張瑞宏專案經理則指出,此裝置與機構在同屬性電盤上並無此形式產品,其創新的概念與設計,將有效降低引擎轉速迴轉波動對發電效率的影響。本專利的機構與做動原理保留了許多市售電盤的特性同時其尺寸的變化甚小,其外觀尺寸與市售產品相同。 「現行摩托車一發動,散熱風扇便開始運轉,如此一來,引擎溫度上升緩慢,廢氣汙染物指數更是居高不下。於是我們將風扇的吸入口裝置限流閥門,並加裝了溫度感測器,當引擎溫度到達所設定的指標時,開啟閥門,風扇才開始冷卻引擎。我們發現,當溫度上升速度加快三分之一,同時可減少兩成的汙染物。」 這個被稱之為「熱管理系統」的感應裝置,是先進動力與能源研究中心的另一項創新發明,李卓昱副教授認為燃油車的供應鏈技術成熟,相較於電動車,不會產生廢電池的汙染問題。但在電動機車的高效能競爭下,短期內應盡力提升其燃油經濟性、降低排放,對人類的居住環境更加友善。 李卓昱副教授表示,南臺科技大學先進動力與能源研究中心在國內機車大廠長期合作支持下,許多創新技術都獲得證實與採用,相信將為台灣的機車研發帶來新的氣象,開創新一波汰換動能。

2018創新發明館-技術推薦系列報導(6) 矽膠膜層摻雜氧化物微米顆粒應用於螢光粉太陽能集光器

拉開窗簾,讓陽光灑射進屋,室內明亮度頓時提升不少。然而,同時室內的溫度也隨著飆高。不少人會選擇貼上隔熱紙來隔絕光線降低熱能,如果玻璃本身就擁有和隔熱紙相同的功效,甚至還能發電,是不是就太棒了!由明新科大光電系統工程系江政忠教授所帶領的團隊,所開發出的「矽膠膜層摻雜氧化物微米顆粒應用於螢光粉太陽能集光器」便能達成遮光、隔熱、發電三大效益,而且不須額外安裝、成本低廉,可望在市場掀起全新的應用浪潮。 環保節能趨勢下,不少民眾都希望在自家安裝太陽能板來「種電」,然而高額的安裝費用和建物的承受評估等等程序,讓使得不少民眾打退堂鼓,更遑論十幾二十年後的回收問題。殷尚彬教授表示,在國外的案例中,我們知道螢光粉太陽能集光器是可行的,但應用上卻也存在著成本高昂、有機螢光粉效果衰退等問題。「於是我們開始思考,如何在效能不變的前提下,解決當前的困境,很高興我們做到了。」 楊寶賡教授指出,無機螢光粉太陽能集光器,是將無機螢光材料塗布或摻入玻璃中,再採平面光波導技術,將光線引導至小面積的太陽能電池,在降低太陽能電池用量與模組建構的成本下,仍能維持相同的發電效率。 「這兩個模型屋,一個是裝一般玻璃,另一個則是安裝了塗上無機螢光粉太陽能集光器的玻璃,在燈光的直射下,我們可以很明顯看出兩者的差異。」江政忠老師指出,塗上螢光粉太陽能集光器的玻璃不但可以引導光的方向,同時可以隔絕紫外線,減緩室溫上升速度,在造能的同時也在節能,甚至儲能。「瞧!才幾分鐘的時間,兩間屋子的溫度已經差了八度。」 江政忠教授進一步指出,「矽膠膜層摻雜氧化物微米顆粒應用於螢光粉太陽能集光器」是在無機螢光粉太陽能集光器的元件後方,放置了摻雜氧化物微米顆粒的矽膠膜層,使得離開集光器的光線再次反射或散射回集光器,如此反覆循環,可將光利用到極致,產生最大的發電效率。 在矽膠膜層摻雜氧化物微米顆粒與無機螢光粉太陽能集光器相輔相成應用下,建築物無須改變原有設計,且具不佔空間、不限受時空限制、成本低等多重效益,除了一般居家建築,亦可應用在停車場、博物館或溫室,若有破損也可隨玻璃材料一起回收,不會產生額外處理的手續或費用,可望加速再生能源發展,為地球環保盡一份心力。

2018創新發明館-技術推薦系列報導(5) 逆轉糖尿病的新藥開發

根據國民健康署統計,台灣約有200多萬名糖尿病的病友,每年近萬人因糖尿病死亡,高居十大死因之一。現在,糖尿病患者有福了,中央研究院農業生物科技研究中心楊文欽博士團隊率全球之先發現,野外常見之咸豐草所含有的聚乙炔類化合物,已證實為治療糖尿病的關鍵成分,可有效針對胰島細胞進行保護並逆轉糖尿病病程,讓糖尿病患看見一絲曙光,此外,也憑著原料具有低成本優勢,可望大大減輕健保沉重負擔。 楊文欽博士表示,亞、美、非三大洲都有人體使用咸豐草治療糖尿病的紀錄。雖國外各國也有一些相關研究,其研究團隊率先發現咸豐草在治療糖尿病上的作用機制和有效成分-聚乙炔類,其作用機制是透過減少β細胞死亡與維持β細胞功能達成,在糖尿病動物試驗中,可以成功逆轉糖尿病。 全球糖尿病病患估計超過4億人,每年藥物市場花費高達500億美元,其中包括胰島素增敏劑、胰島素增泌劑、腸泌素調節劑、人工胰島素等藥物。「目前糖尿病相關藥物有數十種,但均無法達到治癒糖尿病的功效。」楊文欽博士表示,糖尿病市售藥目前只能控制血糖與「延緩」胰島細胞的衰竭,而無法維持其活存和功能,且治療糖尿病過程中,也需要換藥。由此可知,研發糖尿病新藥,特別是保護胰島細胞的標靶新藥在治療和逆轉糖尿病的領域中非常重要。 楊文欽博士指出,糖尿病致病主要的原因在於身體細胞對胰島素產生抗性,進而需要更高量胰島素的分泌而導致胰島細胞過度使用,控制不良的高血糖會對胰島細胞產生毒性,最終造成胰島細胞的衰竭。本發明就是利用咸豐草的聚乙炔類化合物來保護胰島細胞。若能在病患還有一定數量胰島細胞及時使用,例如在糖尿病患的蜜月期使用,就有可機可以翻轉糖尿病。 本發明是利用聚乙炔類化合物作為治療糖尿病的保健食品、植物新藥和小分子藥物。本發明已獲歐美台專利,是劃時代的新發現,為市場首見(first-in-class)糖尿病藥物。它是大自然給人類的禮物,能作用在心的作用路徑,具有新式抗糖尿病作用機制,目前在此領域上尚無市售藥。 楊文欽團隊投入研究咸豐草與糖尿病研究十餘載,所開發而成的產品包括糖尿病保健食品,提供民眾日常保健的新選擇。而這項聚乙炔類化合物逆轉糖尿病的發明亦已完成動物實驗和小規模人體實驗,同時也傳出獲得技轉的好消息,可望全力開發為植物新藥或小分子化學藥,挽救糖尿病患,為台灣生技產業注入一劑強心針。

2018創新發明館-技術推薦系列報導(4) 強勢辨識奈米標靶腫瘤的超音波與磁性雙模態造影術

台灣脂肪肝盛行率高,肝癌更是高居國人十大癌症第二位,而超音波技術作為健檢項目之一,更是肝疾病的第一道把關者。為強化臨床醫師判斷依據,降低醫療資源耗費,由臺灣師範大學謝振傑老師所研發的「強勢辨識奈米標靶腫瘤的超音波與磁性雙模態造影術」,將有效凸顯癌症病徵,減少判斷的模糊地帶,為病患爭取黃金治療時程。 「超音波技術臨床上普遍用來辨識組織上差異,但是對於辨識是否為如腫瘤的特定組織,以及微小的組織差異,仍然有所不足。」謝振傑老師指出,醫學影像可分為結構性影像和功能性影像,而超音波影像屬於前者。「且超音波的操作著重經驗,醫生一旦有所懷疑,也只能安排後續的核磁共振或斷層掃描來做進一步確認,但這樣一來一往,要耗去許多醫療成本和治療時間。」 「強勢辨識奈米標靶腫瘤的超音波與磁性雙模態造影術」便是整合超音波造影術、磁性奈米顯影劑、磁性造影術,並提出以超音波使磁性奈米粒子振動產生磁性訊號,大大減少磁性功率的消耗。因此未來外掛於現行超音波造影術,並使用磁性造影術的奈米粒子,可於診間提升超音波造影術對於腫瘤診斷的專一性、靈敏度,減少延誤病患診斷出病灶的時間,達到早期診斷、早期治療的目標。 臺灣師範大學謝振傑老師表示,此技術只需要原有的超音波設備中,外掛一個磁性線圈,其他無須添購任何裝置或系統,這不僅讓醫療院所可以在短時間內用最低成本打造更優良的檢查設備,可預見的,也將有助於提升偏鄉醫療能量。「在政府積極推動下,民眾已具備醫療分級的觀念,我們也希望藉由提升臨床診間的腫瘤辨識能力,在未來能夠做到醫材分級,適人、適時、適用。」 與臺大醫院攜手合作下,此技術現階段已完成連續波的動物實驗,也已經申請到台灣專利(美國專利申請中),下階段將持續驗證脈衝超音波的可行性,盼早日將此快速、簡單、便宜的技術應用到醫療診斷中,造福更多病患。

2018創新發明館-技術推薦系列報導(3) 可見光寬頻消色差介電質超穎透鏡成像

手機鏡頭、空拍機、行車記錄器,鏡頭的應用無所不在,然而色差、色散卻是目前仍待克服的問題。由中央研究院應用科學研究中心蔡定平主任所帶領的團隊,利用台灣精密的半導體製程優勢,成功研發出世界唯一可彩色成像的光學超穎透鏡,可望在光學應用領域掀起新一波革命。 蔡定平主任表示,目前手機鏡頭鏡片是射出成形再鍍上抗反射膜,已是相當成熟的技術,卻仍不可避免地有一些先天的缺點。此外還需要對焦、組裝,相當耗費時間和成本。「可見光寬頻消色差介電質超穎透鏡成像」技術以台灣優秀的半導體製程方法來製造光學基本元件「透鏡」,並能與相機感光元件:互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)結合,不但節省組裝工序,亦可利用次波長結構達到光聚焦與成像的能力,且具有輕量化且縮小體積的優勢。 「你能想像我們的鏡頭有多小嗎?」蔡定平主任拿起原子筆,往白紙上輕輕一點,「這就是我們產品大小。」以「可見光寬頻消色差介電質超穎透鏡成像」技術製造的透鏡,輕、薄、短、小,具低功耗、防水、防塵的優勢,將使未來的鏡頭及成像系統走向更加微型化的路線。 蔡定平主任指出,在平面的透鏡上採用介電質形成奈米天線設計,與傳統透鏡相比,除了物理機制不同外,效率更是大幅提升。而穿透式設計針對不同波長提供不同相位補償的幾何結構,使多波長可聚焦於一定空間平面,有效解決超穎透鏡色差問題,可望更加廣泛地適用於各種光學應用。

2018創新發明館-技術推薦系列報導(2) 非侵入式呼吸與吞嚥功能協調性之檢測

隨著台灣正式邁入高齡社會,加上腦中風、帕金森氏症、呼吸中止症患者逐年增加,吞嚥困難的問題也越發受到重視。由長庚大學資訊工程學系謝萬雲副教授和長庚醫院復健科王錦滿醫師攜手合作的「非侵入式呼吸與吞嚥功能協調性之檢測」,不僅操作方便、成本便宜,且可多次測試,若與現行吞食鋇劑再透過X光片判讀的方法搭配,可望成為長短期監控和吞嚥功能復健評測的良方。 新型態檢測方式發想人,長庚醫院復健科王錦滿醫師表示,傳統檢測方式是由病人吞飲些許劑量的鋇劑後,經X光機拍攝吞嚥連續畫面後,再由醫師觀察鋇劑停留時間,以判讀是否有吞嚥困難的情況或程度。如果受測者已有嚴重吞嚥困難的情況,那麼吞飲鋇劑的過程就可能發生吸入氣道,甚至嗆咳的問題產生。且X光因有放射線劑量問題,拍攝次數須受到嚴格管控,因此開始思考其他檢測方式的可能性。」 「我們的靈感源自於早期臨床醫師會採用觸診方式感受病人甲狀軟骨的位移。」王錦滿醫師指出,吞嚥動作是在閉氣的時候完成,而且其功能與頷下肌群肌力大小、吞嚥量有關。透過感測器和分析系統,醫師可觀察到病患閉氣時間長短、頷下肌群肌肌肉活動、甲狀軟骨滑動及最大單口吞嚥量多寡,不但操作簡單,病人也較舒服自在。 「拋棄式的感測晶片輕薄,且成本低、準確率高,是此檢測方式的最大優勢。」一手負責硬體整合和系統開發建置的謝萬雲副教授提到,「非侵入式呼吸與吞嚥功能協調性之檢測」是在受測者的喉部、下頷肌和鼻子貼上感測器,再由訊號擷取器將受測者吞嚥時之鼻腔、口腔、與喉部生理訊號傳送至新開發的自動分析應用程式,如此一來,病人吞嚥過程中,與呼吸的協調性便一覽無遺。 「系統的準確度已在臨床試驗中獲得驗證,我們下一階段目標是將整套設備微小化,架構在護理車上,讓不同科別的患者都能隨時隨地接受檢測,不需要來回X光室,降低人力、時間和金錢的消耗。」謝萬雲副教授認為,醫療人員可根據資料評估病情及制定完整的進食計畫,免去傳統吞嚥困難症狀檢測的不便與風險。而吞嚥困難的病患也可進行居家檢測,建立新的照護方式。 「非侵入式呼吸與吞嚥功能協調性之檢測」已完成長庚醫院年長者、腦中風病人、呼吸中止症病人、帕金森氏症病人等近百例具有吞嚥困難症狀之臨床試驗,謝萬雲副教授和王錦滿醫師也期盼藉由擴大臨床應用,造福更多病人,且蒐集相關大數據,以建立AI分析模型,為吞嚥功能復健評測打造新的服務模式。

2018創新發明館-技術推薦系列報導(1) 低眩光白光LED

「具低眩光特性之偏極化白光LED封裝技術」除可以增強偏極化白光LED的發光效率與偏極性,同時因為將具奈米結構的金屬線柵偏光器面朝下,放置在黃色螢光層上方,以保護該奈米金屬線柵偏光層免於受損,且可增加偏極化白光LED產品對環境忍受度與量產之可行性。 蘇忠傑副教授指出,眩光可分為光幕、反射、直接等三類,但共同的成因都是由於亮度太高或對比強烈造成,因此目前市面上的照明產品都是將燈具加上經光學設計之霧面、透鏡或燈罩等方式來防止眩光,而這些防眩光方法卻使得光源亮度降低,有浪費能源的潛憂。 而運用此一新技術的偏極化白光LED光源則具有低眩光、顏色穩定、發光均勻、高極化率、透光率高、色溫低、高對比、製程簡單及生產成本低等優點,一改傳統非偏極光的白光LED光源所具有的發光不均勻、色溫偏高、眩光強烈造成刺眼無法直視、影像模糊並造成辨識困難等問題。 蘇忠傑副教授表示,理想白光照明要求的是足夠亮度、發光顏色可調與視覺舒適,而舒適代表著光源無眩光。室內外照明使用偏極化白光LED時,如檯燈、交通號誌燈、路燈、體育場與醫療照明,可提高物體識別度及對人眼舒適度。偏極化光源對於拍攝物體的影像可增加對比度及解析度,例如應用於閃光燈、顯微鏡與自動化檢測之光源時,可減少反光以增加物體影像的清晰度。此外,偏極化LED光源更可作為液晶顯示器用之背光源模組。 「此技術無須改變傳統白光LED製程,量產成本增幅小,並降低了外加燈罩或透鏡的需求,將為白光LED的應用帶來新的突破,因此已順利取得台灣、美國、中國專利。」蘇忠傑副教授表示,偏極化LED如果應用於車燈,將使頭燈光會使對向來車的駕駛增加舒適度,增加夜間駕駛對路況辨識度。未來甚至可提升自動駕駛之影像偵測的安全性。
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