上銀機械碩士論文獎 為機械尖兵喝采

2010/07/13
From:經濟日報 戴辰

台灣碩士論文最高獎項:『上銀機械碩士論文獎』﹝Hiwin Thesis Award﹞第六屆得主於日前揭曉。上銀科技多年來持續與各大學進行建教與產學合作,成效良好;為鼓勵大學青年投入機械工程研發創新,厚植台灣機械產業競爭優勢,上銀科技自2004年起委託中國機械工程學會辦理『上銀科技機械碩士論文獎』,每年經費超過1000萬元,倍受國內機械業與學術界重視及讚譽,已被譽為機械業的「諾貝爾獎」,也漸為政府高層所重視,今年除了邀請到教育部高教司何卓飛司長為頒獎貴賓外,蕭副總統與經濟部黃重球次長更是再度撥冗蒞臨頒獎致詞,嘉勉得獎師生。

副總統蕭萬長﹝立排左五﹞、上銀卓永財董事長﹝立排左三﹞與金銀銅優等獎師生合影。

金質獎:無閥式微幫浦之腔體設計與作動機制研究
國立臺灣大學工學院應用力學所研究生:謝明哲
指導教授:王安邦 博士

目前無閥式微幫浦的研究僅止於整流器之創新設計,尚未有文獻針對振動腔內之流場作分析,本文在流體力學相似律的基礎上,藉由流場可視化與流力分析,在文獻中第一次系統性探討微幫浦設計參數對振動腔內渦漩發展型態之影響。由流場分析結果發現:振動腔內最大渦漩之尺寸,決定於進、出口渦漩流之發展及其與腔體壁的相互作用。本文也發現:微幫浦之流體傳輸效率與進、出口渦漩對之發展緊密相關,吾人更進一步依據上述流場渦漩發展之分析,並參考澎湖七美「雙心石滬」之幾何構形,設計出一全新的無閥式雙心振動腔體之微幫浦設計,實驗結果發現幫浦效率可明顯提升約一倍。

銀質獎:壓阻式微懸臂梁生化感測系統溫度效應之量測、消除與應用
國立臺灣大學工學院應用力學所研究生:辜煜夫
指導教授:黃榮山 博士

生物晶片的發展,正以低成本、具有高靈敏性、可攜帶式、速度快、少量濃度即可達成檢測的優勢,並逐漸取代傳統相形笨重和高成本且速度緩慢之檢驗設備。而微奈米機電系統技術(Micro/Nano Electromechanical System Technology)是一跨領域整合技術,可將生物檢測晶片的尺寸製作於微米與奈米間,已成為科學與生醫跨領域的重要技術。本論文研究以壓阻式微懸臂梁作為力學感測之生醫晶片,偵測生物分子專一性鍵結所引起之表面應力,可作為生物標記蛋白質之疾病偵測,因此,其應用潛力相當高。由於壓阻式微懸臂梁之量測對溫度相當靈敏,因此在實務應用上一直受到限制。本文首度提出一創新的方法,可以成功地將微懸臂梁對熱效應靈敏的影響消除,顯著降低溫度引起的雜訊並進而提升微懸臂梁的偵測訊雜比與靈敏度,可使微懸臂梁的量測去除龐大的恆溫槽,使得整體量測系統可微型化與可攜式,甚至未來可植入式。

銅質獎:運用介電式液態透鏡調控三維光分布之智慧型照明系統
國立清華大學動力機械所研究生:蔡伶郁
指導教授:葉哲良 博士

本論文提出三維光分布調控概念,利用5 × 5介電式液態透鏡陣列結合LED透過光學設計完成系統架構,在x-y帄面上,利用LED開關來達到任意光型變化,在第三維度上(z軸),利用改變介電式液態透鏡曲率調變空間光照度,可維持兩倍縱深範圍內的光照度。本論文預設五個光型模態包括5 × 5 陣列全亮、十字型、線型及字母H樣式與傾角測詴,前四種可證明在帄面任意光型條件下,可維持兩倍的縱深範圍內空間光照度,第五種為進階應用其對字母H進行空間傾角(45°)測詴,將觀察面傾斜45°,字母H將呈現變形,利用液態透鏡調控能力可將變形處調變回原本完好的H光型。本系統預計組成5 × 5介電式液態透鏡陣列(共50顆),並結合人機介面的電路控制,完成光機電整合,達到多功能的智慧型照明系統。

優等獎:檢測潤滑油的鐵顆粒濃度及黏度之整合裝置
國立中山大學機械與機電工程學系研究生:陳以諾
指導教授:邱源成 李榮宗 博士

一般運轉機械設備的軸承元件為了維持高精度及長壽命運轉,都必須使用潤滑油;但潤滑油隨軸承元件長時間的運轉過程中會逐漸劣化,使軸承元件發生嚴重磨損,招致運轉機械設備發生嚴重事故。本論文研發出一套檢測潤滑油的鐵顆粒濃度及黏度之整合裝置。其中,鐵顆粒濃度量測單元以及黏度量測單元係分別從設計模型之理論分析、元件組件之設計製圖與加工乃至實體組裝,最後經反覆檢測實驗。此整合裝置之特色有(1)油中的鐵顆粒濃度與黏度之設計結構都具創新性,檢測值之重現性與靈敏度皆突破舊有技術,(2)一次的油樣品檢測操作時間僅幾分鐘,即可得知油中的鐵顆粒濃度及黏度,省時省力,(3)攜帶式,方便使用。

優等獎:繆勒矩陣偏光儀於光學非等向性材料特性分析之研究
國立成功大學機械工程學系研究生:陳柏郡
指導教授:羅裕龍 博士

本研究發展繆勒矩陣偏光儀來量測光學非等向性材料之光學參數;此量測技術於線性雙折射、線性雙向衰減、以及旋性雙折射結合的材料數學模型中,成功解出主軸角度(α)、相位延遲(β)、雙向衰減角度(θd)、雙向衰減(D)、以及旋光角(γ)。此五個參數α,β,θd,γ,D的動態量測範圍為0°~180°,0°~180°,0°~180°,0°~180°以及0~1,其中可看出相位延遲(β)無法全域量測。此研究在求解線性雙折射與線性雙向衰減所結合的材料數學模型中,第一個發展出讓線性雙折射與線性雙衰減材料解法分開的演算法。本研究亦成功模擬單模光纖的光纖參數,並經實驗驗證。除此之外,此研究利用新提出的模型可以將偏光儀引進到光纖量測法中,並成功的分析複雜的光纖偏光儀系統中的史托克參數。綜觀,此研究成果將會對於非等向性材料如光學薄膜以及生醫組織的研究,踏出重要一步。

佳作獎:整合次波長圓環型孔洞與準分子雷射開發高深寬比光學鑽孔儀的先導性研究:以三維積體電路矽導通孔為應用平台
國立臺灣大學工學院應用力學研究所研究生:王筑顗
指導教授:李世光 博士

本研究論文開發出一套整合次波長圓環型孔洞與KrF準分子雷射的光學鑽儀。由次波長圓環型孔洞可聚焦成突破繞射極限的微小光點與長焦深特性為出點,以設計鈦、鋁之氧化物包覆其金屬之新型結構以及以矽薄膜為材料之次波長圓環型孔洞結構作為探討的方向,針對矽晶圓作為鑽孔對象進行雷射鑽孔。本論文除探討鈦與鋁金屬薄膜在烤箱氧化之情形以及實際以準分子雷射對不同材料進行雷射損壞閥值測試外,亦利用FDTD模擬找出上述材料在KrF準分子雷射248 nm波長下形成長焦深之點狀聚焦條件的最適膜厚,同時亦探討此結構半徑大小、波長、玻璃基板、表面電漿與膜厚對聚焦的影響,以此證明只需要改變圓環狹縫的膜厚,必能至少找出一組在遠場呈現點狀聚焦的似貝索光束,亦以能量計算及實際鑽孔測試說明,即使不產生表面電漿使得穿透能量無額外增強,但由此結構的聚焦光點極小提高能量密度仍能達到鑽孔目的。

佳作獎:以晶格波茲曼法結合親/疏水性邊界模擬液氣兩相流之流場
國立清華大學動力機械所研究生:施靖祥
指導教授:林昭安 博士

本研究利用晶格波茲曼法發展出一個能夠控制兩相流在壁面上接觸角的方法,並且能在流體密度比高達一千的情況下應用。同時統御方程式加入表面能來改變流體的表面張力,進而精準地控制接觸角。此模型被用來模擬液態鏡頭的光學性質,模擬結果與文獻中的實驗結果相當吻合。最後,我們利用改變液態鏡頭的液體成份,使兩種液體的密度比不同後再做進一步成型,讓同樣電壓製成下製作出來的鏡頭可以有更廣視角或更長的後焦距。

佳作獎:酵素型生物燃料電池奈米質傳模擬與實作實驗量測
國立清華大學動力機械所研究生:林勝賢
指導教授:洪哲文 博士

生物燃料電池通常指的是將生質燃料像是酒精、醣類或是有機化合物轉化成電能的電化學裝置。其中酵素型生物燃料電池主要使用是酵素當作觸媒而非白金之類的貴重金屬,本論文中電池實驗使用的葡萄糖氧化酵素(Glucose Oxidase)和漆酵素(Laccase),其利用酵素的催化特性與專一性將葡萄糖和氧氣作氧化還原的電化學反應以產生電能。其中陽極在氧化還原反應過程中產生質子並藉由擴散原理傳遞至陰極,所以我們知道酵素型生物燃料電池藉由電化學反應所產生之功率乃與質子於電解質內的移動性能有著密不可分的關係,因此本論文藉由相關模擬分析與電池實作實驗來研究相關物理性質所造成的影響及趨勢,以瞭解酵素燃料電池的性質與反應特性。

佳作獎:一種對於鏟花工件表面輪廓的光學量測法
國立臺灣大學工學院機械工程學系研究生:周睿程
指導教授:范光照 博士

鏟花加工是傳統手工加工技術,其目的是為了在滑動面產生可含油的潤滑油溝,除平面度必須夠好外,每單位平面也需有足夠的接觸面積以及接觸高點,一直以來這項技術都是全然憑藉專業加工者的認知來做為認可的標準,儘管平面度可以由量規量測,但油溝的深度卻從未經由儀器量測,此篇論文所探討的就是由一般商業化的DVD 讀取頭發展而成的量測系統,此系統包含有一套雷射探頭模組及XY 移動平台,其中雷射探頭模組包含有一個DVD 讀取頭及一套影像擷取設備,可由失焦訊號(FES)表示一點的高度變化,而影像擷取設備則可清楚看見工件表面的溝槽輪廓,而控制XY 平台以Z 字型移動,可量測出鏟花面表面輪廓,更換DVD 前方聚焦用物鏡,適用的量測範圍有300μm, 30μm, 15μm and 4μm,而藉由量測出的鏟花表面結果,可標示出不合格或是不適當的位置,也可對凹坑深度作量測,可提供一種改善鏟花表面性質的量測方法。

佳作獎:擴增實境之力回饋模擬植牙手術系統
國立中正大學機械工程研究所研究生:黃倍慈
指導教授:姚宏宗 博士

本論文提出一套實際的植牙訓練模擬系統,首先,以實體成像技術將患者的電腦斷層掃描(Computed Tomography, CT)資料建構成三維虛擬模型。醫師便可獲得直觀的感覺和整個三維虛擬模型的資訊於術前規劃。第二,結合實體成像與力回饋裝置(Haptic Device),該裝置可輸出3 個自由度力量去模擬植牙手術期間的力回饋感受,這些力量可從CT 的灰階值中被獲得。本研究亦整合擴增實境(Augmented Reality, AR)到此系統中,去模擬真實環境的手術,故使用者不僅可看到虛擬模型在真實環境中,並透過力回饋裝置感受到虛擬力。真實環境顯示在螢幕係利用數位攝影機,並將追蹤平板標誌附著在病患牙齒上的透明牙套,而追蹤技術係偵測在平板標誌上的特徵點,當獲得特徵點後,便可計算出標誌與攝影機之間的轉換,因此虛擬模型便可隨著平板標誌方位而被改變,有利於牙醫師從任意視角的觀看。

佳作獎:軟性神經探針之三維組裝的設計與製程
國立清華大學奈米與微系統研究所研究生:莊世璋
指導教授:饒達仁 博士

本研究主題主要是著重於開發「軟性三維立體微電極陣列」,希望能運用在長時間大腦神經訊號的紀錄。大腦裡面有數以千億計的神經細胞,讓我們能夠因應外界的環境變化而產生適當的身體反應,並且有思考、記憶、情緒變化的能力,當神經受損時,神經介面可以被使用來幫忙傳遞或刺激訊號。 目前以矽基材的微電極陣列最為普遍,但由於常會有發炎的症狀,因此這幾年已開始往軟性高分子來發展,本次將提出一「軟性三維立體微電極陣列」的製作,先利用黃光微影、物理氣相沉積、Parylene、UV 和乾式蝕刻等等技術,完成複合式軟性平面微電極,再使用靜電驅動和微流道的設計,引入PEG 固定微電極來完成出平面的組裝。機械強度測試方面,製作出的微電極確實可以成功地刺入假腦內;生物活體的實驗方面,第一代探針從美國螯蝦的脫逃神經系統中量測到神經訊號,誘發出的動作電位振幅約為±75 μV。未來的目標將把目前第二代三維立體微電極陣列的研究成果,設計到鼠腦皮層的紀錄上面;同時,也會進行材料的耐久性及生物相容性的測試,以達到最終可以運用到長時間大腦神經訊號的記錄上面。

◎『上銀機械碩士論文獎』第七屆預告

上銀科技為激發與鼓勵我國青年學子投入機械工程領域之研發及創意應用,為產業界培養優秀之機械工程人才,增進產業界與學術界的互動,進而促進機械工業技術的升級與創新而設立。
獎勵對象:98學年度﹝2009年8月1日至2010年7月31日﹞國內各大學院校機械工程與自動化系所之碩士班畢業生及其指導教授;論文必須以機械為主題,且須為通過口試者。
申請日期:2010年7月1日~8月20日。
報名方式:申請條件、評審步驟等詳情可參見上銀科技網站:www.hiwin.com.tw 

◎論文光碟索取辦法

上銀機械碩士論文獎』參賽論文的研究內容已編輯成光碟供各界索取參閱,有興趣了解參選者的傑出創作,可在上銀科技網站www.hiwin.com.tw預約登記。