生醫光電所重要論文發表

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吳育德老師

論文題目:Toward Consistency between Humans and Classifiers: Improved Performance of a Real-Time Brain–Computer Interface Using a Mutual Learning System

說明:腦機介面能讓使用者能夠在不移動肢體的情況下,僅通過意念操作儀器,然而,個體之間的差異性限制了人工智慧在腦機介面的泛用性。為此,我們設計了一個互相學習系統,該系統使使用者能夠根據人工神經網絡的反饋來調整自己的意念,同時,人工神經網絡能夠根據使用者的表現來調整自身的參數,實現了人和機器之間的相互學習。

研究結果顯示,應用互相學習系統後,使用者在想像運動任務的準確度從 56% ± 13.9% 提高到 81.5% ± 8.18%,在專注任務上的準確度從 55% ± 7.07% 提高到 82.5% ± 12.3%。這些結果表明,改善腦機介面的性能不僅取決於模型參數的調整,而且還受到使用者與系統互動後意念策略的變化的影響。

互相學習系統的應用顯示出兩個獨立系統(人和機器)實現相互學習的可行性,而不僅僅關注使用者的表現或算法的性能。這些結果有望為未來研究人與機器之間相互理解的領域提供重要貢獻,同時提高使用者對於人工智能的信任,激勵他們參與系統開發的意願,並預示著人和機器能夠相互學習的新時代的來臨。

陳奕帆老師

論文題目:Optofluidic accumulation of silica beads on gel-based three-dimensional SERS substrate to enhance sensitivity using multiple photonic nanojets

說明:本研究開發一種由水凝膠組成的表面增強拉曼光譜 (surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS) 基板,並利用光電奈米噴流 (photonic nanojet, PNJ) 效應提高SERS檢測的靈敏度。光電奈米噴流效應產生的強電場能激發水凝膠 SERS 基板中的電場熱點,因此我們利用一種光流體技術在 水凝膠 SERS 基板表面產生二氧化矽微球陣列,然後藉由該微球陣列產生 PNJ 陣列,藉此增強 SERS 訊號。為了產生微球陣列,我們將雷射導入表面有修飾奈米金棒的光纖,透過奈米金棒吸收雷射而產生熱能,使二氧化矽微球在有溫度梯度的溶液中逐漸聚集成一個陣列。我們的實驗結果顯示由微球陣列產生的 PNJ 陣列所提供的拉曼增強效果遠超過單個PNJ提供的效果,使檢測孔雀綠 (水產養殖業禁用的消毒劑) 的檢測極限能因此而降低了100倍。

本研究的成果可廣泛應用於在多種SERS檢測應用中 (例如食品安全、環境監測、毒品檢測、生醫研究、臨床診斷等),是一種簡單、低成本但可顯著提升 SERS 檢測靈敏度的技術。

賈世璿老師

論文題目:Widely Tunable Femtosecond Sources with Continuously Tailorable Bandwidth Enabled by Self-Phase Modulation

說明:光源的精準控制與產生往往在光電相關研究及產業前沿扮演重要腳色,在這項成果中本研究室首次開發出了可自由調整中心頻率及頻寬的短脈衝光源,脈衝的寬度可短至十的負十四次方秒。

本研發成果經由控制於光纖中的非線性光學機制(自相位調製),達成可連續分別調控輸出光脈衝之光譜峰值與頻寬的技術,此調控不需複雜的機構設計,只需簡單控制輸入脈衝的規格,我們建立一套簡單模型可預測不同輸入參數所對應的輸出光譜峰值與寬度,成為世界上第一個可任意、獨立、連續調整光譜峰值與頻寬之方法,並且可廣泛應用於任何脈衝雷射系統,相關模組化與商化與專利申請正在進行中。

在實際應用上,本研究可調頻寬與光譜峰值,而光脈衝之中心頻率與頻寬的精準控制將對於研究光與物質的非線性交互作用及其應用有很大助益。而此初步的研究成果將可為後續有關於光與物質交互作用的研究開啟新的研究大門。

超短脈衝雷射光源已被廣泛使用在精準切割、雷射手術、及生醫顯微影像等應用領域,而短脈衝雷射光源使用通常為相關系統中最大設備成本,在台灣能自主開發相關光源將對台灣相關產業有相當大助益

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