陳林祈臺灣大學生物機電工程學系

教授兼系主任

Email: chenlinchi@ntu.edu.twTel: 02-33665335

生物機電工程4.0教育BME 4 Is: 智慧、跨域、整合、創新

2019-09-01 (日) 大學部新生家長日

臺大生機系教甚麼? 主修甚麼?(生物機電工程教育@NTU)

2019/04/14 大學推甄家長/學生提問問題

與相近學系的比較:

• 生機系和醫工系的差異?

• 生機系的機電整合和工科海洋的

機電整合有何不同?

• 生機系和清大動機系的差異?

• 生機系和機械系的差異?

• 生機系和電機系的差異?

學系名稱和學系定位:

• 農機系改名20年來有何發展?

• 為何108年度還要改名?

• 改名為生物機電工程學系後課程

有何不同?

學系教育和學生出路:

• 課程領域為何? 如何跨領域?

• 課程和機械系有何不同?

• 生物機電都學會不會沒有專長?

• 機電整合是否需要到電機系上

課或者由電機系的老師來教?

• 師資結構配比為何?

• 課程有沒有實作專題?

• 一般畢業生的出路和就業概況?

• 出國交換機會?與出國留學比例?

國際競爭力?

• 留在系上唸研究所的比例? 能否

考資工所?

• 如何讓(台大)學生有團隊、分享

精神、不傲慢?

2019/04/14 大學推甄家長/學生提問(續)

學系研究發展現況:

• 生機系的研究經費總額?

• 生機系是否與產業有緊密合作?

• 仿生機器人研究現況?

• 養殖系統是自製的還是採購?

• 大型農機具的製造與生產?

• 大幾開始可加入實驗室做研究?

• 從事生物/生醫研究的可能性與

競爭力?

• 以後相當教授該如何準備? (未來

十年可能的教授退休潮)

• 已在高中學Python

認識臺大生物機電工程學系 –顧名思義

臺大生物機電工程學系世界頂尖大學研究型大學臺灣最高學府

應用端、議題端、概念端愈往高年級這兩個字愈大

機電整合核心(自動化4.0)

Science

Technology

“Economics”

Mathematics

學理與學術BSc/MSc/PhD

以生物為應用導向之機電工程學系 (隸屬生農學院、授予工程學位):

- 定位: 生物機電工程學系是一個融合機電整合學、相關工程學知識與生物學概念以促進人類福祉與永續發展之跨領域工程學系。

- 使命: 研發生物機電工程之科技與創新應用、培育跨領域整合與創新人才、促進生物機電相關產業發展。

學生選擇讀生機系的理由為何?

個人化學習時代

跨域vs.深度學習

核心vs.專業發展

專題研究vs.創創

無論看到的關鍵字為何…臺大生機都能賦予未來所需的能力

主修生物機電工程的三個目標層次

• Level 1: 具備「機械系統」與「機電控制」整合能力，

能將所學實用於系統設計和應用開發

• Level 2: 能整合應用「機械系統」、「機電控制」與

「人工智慧」知識與科技，並將所學實用於生物產業

• Level 3: 能融會貫通「機械系統」、「機電控制」、

「人工智慧」與「生物程序」四大核心領域知識，並將

所用實用於所有產業領域以及跨域創新

課程以機械系統之感測、致動、控制與系統設計等機電整合課程為核心，並結合工程科學、生物學知識、專題實作與進階專業選修，讓學生在畢業時擁有將機電工程用於解決農業、生醫、能源與機電等產業實務問題之能力，並具備人工智慧、跨領域、整合以及創新等新時代工程師素養。

課程

教學特色: 專題、程式、理論與應用並重

Motto in English: Mind and Hand

大學生學習輔導核心機制(2019)

系主任陳林祈老師

課程委員會黃振康老師

學生事務委員會召集人陳力騏老師

導師

系辦楊青燕助教(學生綜合事務)

林冠宏技佐(導師委員會執秘)

導師工作委員會召集人陳世芳老師

本系學生素養與核心競爭力

如何描述生機系的學生特質(招生取向)?

臺大生機系大一新生任務

• 工程(理工)性向

• 數理能力

• 跨域(生物)應用

• 語文(英語)能力

• Coding能(潛)力

• 專題能(潛)力

• 合作力與耐挫力

• 社會/人文關懷

如何描述生機系的人才培育(教育特色)?

以智慧型生物分子感測系統發展為例

B02611001 / R06631005

生物化學 – 癌症因子與DNA適體藥物

癌症因子於細胞表面之表現量

DNA適體藥物與蛋白質之結合反應

DNA適體之篩選 (D.-K. Yang et al.)

生物化學感測器 – 數學理論推導

生物 vs 機電 – 感測器系統設計與開發

Electrochemical Analyzer

Working Electrode

(Au)

Counter and Reference

Electrode (Au)Syringe Pump

Waste

Scheme of M-AuIDT MUC1 Aptasensing

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

|Z| (

kΩ

)

time (sec)

|Z| vs time

1

2

3

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90

Ph

ase

(°)

time (sec)

Phase vs time

1 2

3

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Re(

Z)

(kΩ

)

time (sec)

Re(Z) vs time

1 2

3

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90

Im(Z

) (k

Ω)

time (sec)

Im(Z) vs time

1 2

3

10μM S2.2-SH

10μM BSA

200nM MUC1

in Running buffer

Flow rate: 0.2μL/s

EIS conditions:

Frequency = 100Hz

Amplitude = 5mV

生物 vs 機電 – 感測器系統設計與開發

生物 vs 機電 – 自動化控制設計與開發

Concentration gradient generation experimental film (10x)

Generate Signal

Data Acquisition

Data

Function Generator

M-AuIDT

NITM USB-6210

(DAQ Device)

Laptop (CPU)

Analysis

0 500 1000 1500 20000

-10

-20

-30

-40

-50

-60

Phas

e (°

)

Time (sec)0 500 1000 1500 2000

0

20

40

60

80

100

|Z| (

kΩ

)

Time (sec)

即時癌症因子之電化學感測

訊號產生器

電源供應器量測電路

微流道晶片

NI 儀器 (USB-6210)

電腦與LabView軟體

生物 vs 機電 –系統架構與測試

智慧型手機控制感測系統

行動電源系統供電

生物 vs 機電 – 應用與發展

BMDLAB and C4LAB 2018/12/21

研討會與實驗室合照

ISE Presentation 2018/04/18 microTAS Presentation 2018/11/13

大學生畢業: 升學與深造為主

證照與考試

•技師考試（機械技師、電機技師、電子技師、冷凍空調技師）

•公務人員高普考（農業技術職系、醫學工程、機械工程職系、電機工程職系、資訊工程職系）

•民間專業證照（資訊工程師證照…）

民間企業

•農企業

•農業機械與其他機械業

•電機資訊業

•生技產業

•醫療產業

•自行創業

政府單位與財團法人

•農委會/衛生署

•工業技術研究院

•中央研究院

•教育與研究單位

國內研究所

•生物產業機電工程學研究所

•醫學工程學研究所

•機械工程學研究所

•電機工程學研究所

•資訊工程學研究所

•材料工程學研究所

•應用力學研究所

•其他有關環境工程、食品科學、生物工程、企業管理等相關研究所

國外研究所

•Biological and Agricultural Engineering

•Bioengineering

•Biomedical Engineering

•Mechanical Engineering

•Electrical Engineering

•Computer Science and Engineering

•Materials Science and Engineering

•Other disciplines such as Environmental Engineering, Food Science, Business Management, etc.

生機系畢業生就業地圖 (概述)

2018.12.20

跨域趨勢下的工程學系教育品牌

跨領域學習成就模式參照

(a)通才型跨域: 能在自我設定的主領域和副領域都取得A+的學習成就，

具有比單一領域或外系主修該領域A+的學生更為卓越的發展潛力;

(b)見識型跨域: 在自我設定的主領域取得A+或A的學習成就、在副領

域取得A-或B+的成就，具有比單一領域或外系主修該領域A+的學生更

為寬廣的知識體系與見識;

(c)新創型跨域: 在自我設定的主領域和副領域均達不到A-或B+的學習

成就，但具有冒險、試誤修正、積極樂觀的創業精神，且未來有潛力

融會主領域和副領域進而開創一個新領域，在新領域中成為A+或A++。

進階專題研究與教授群特色

學以致用 –專題研究/深化領域專長

1. 農業: 智慧農業技術、精準農業、植物工場環控、無線網路監控、新世代農業機械、養殖工程、非破壞性檢測、機器視覺、食品安全工程等技術研發

2. 生醫: 生物資訊、生物感測、微流體晶片、藥物輸送、組織工程等技術研發

3. 機電: 醫療/農業/仿生機器人、自動化、動力機械、微機電系統、精密製造等技術研發

4. 能源: 熱流分析、綠色能源、電化學系統、生物廢棄物資源化等技術研發

聯合國永續發展目標相關度: Zero Hunger (SDG#2), Good Health and Well-Being

(SDG#3), Clean Water and Sanitation (SDG#6), Affordable and Clean Energy (SDG#7),

Industry, Innovation, and Infrastructure (SDG#9), Sustainable Cities and Communities

(SDG#11), Life Below Water (SDG#14) & Life On Land (SDG#15)

完整跨領域工程師資與研究專長農業、生物與食品工程博士: 9位機械(含製造、熱流與控制)博士: 7位電機與資工博士: 2位化工、醫工與材料博士: 5位教學專長: 機械系統、機電控制、人工智慧、生物程序研究領域: 農業、生醫、機電、能源

生機系獨特的教職發展(教師成長)

化工(電化學元件專攻)博士 2001生醫(適體、微陣列、感測)博士後 2005

104-1學期迄今授課文字雲

授課專業演化:1) 生物分子感測元件(生物感測)2) 生物程序工程3) 物理化學/生物化學概論

2005研究專長: 電致色變元件、酵素燃料電池、適體微陣列晶片、生物感測器

h-index: 2461 papers1680 total cites

2018研究專長: DNA 適體、電化學感測、生物晶片、奈米材料、藥物輸送

未來研究方向:1) 機器味覺技術發展與應用2) 智能化DNA構型分析與應用

產業、跨域整合與系統觀啟發 (研發為例)NTU BIME’s ISE Tech R&Ds

(since 2010 plant factory project)

Solid-contact ISE Chip Study

Smart Multiplex Ion Detection Study

Machine Taste w/ Ion Chip (Future)

生機4.0教育發展與未來展望

系務發展目標與SWOT分析

永續生機: 萃聚人才、經營品牌、持續卓越、榮耀系友

(可持續) (環境) (策略) (發展) (連結)

跨領域工程教育經驗 師資結構與大學部課程 重視學生學習與專題引導 兼具傳承與世代演進能力 新系館、新系名

挑戰 本校設置類似性質學系 校內工程學系聯合分發 108課綱、111考招變革與少子化 學位授予法修訂 (院系角色模糊化)

課程領域需要定義 研究所課程有待深化與調整 論述(避免以小機械、小電機自稱)

人力資源不足、資源整合待提升

跨領域熱潮、生農崛起 國際化、大學轉型 熱門關鍵詞: AI、機器人、生技 產業連結、系友連結

(2019/1/15共識會議)

企業演進的啟示- 疊代發展與演化

延續90年生物農業工程跨領域教育優勢

以農業機械工程時期(2.0)為例:專長深化: 機械專業養成跨域應用: 農業實場應用

第四代(4.0或4G)生物機電工程教育定義

0.0 (0G):農業工學講座(AE) 1928-1945

1.0 (1G):農業工程機械組(ME@AE) 1945-1981 (農業工程化)

2.0 (2G):農業機械工程學系(AME) 1981-2000 (農業機械化)

3.0 (3G) :生物產業機電工程學系(BIME) 2000-2019 (生物產業自動化)

4.0 (4G) :生物機電工程學系(BiME) 2019- (生物機電系統智能化)

BME = biomechatronics eng. 4 Is (BME for all human beings)

(i means intelligence, interdiscipline, integration, & innovation)

工業4.0設計元素 (Wikipedia):

(1) Interconnection (互聯)

(2) Information transparency (資訊透明)

(3) Technical assistance (科技支援)

(4) Decentralized decisions (去中心化)

生物機電4.0教育 (108學年度起)

生物程序 (農業、生醫、永續應用)

機械系統 (設計、製造與工程分析)

機電控制 (感測、致動與界面整合)

人工智慧 (機器學習、AI與互聯網)

大學部課程:1. 共同課程(基礎)2. 工程基礎3. 基礎生機工程4. 專業必選(中階)5. 專業領域選修

研究所課程:1. 共同課程(高階)2. 核心課程(高階)3. 專業領域選修

兼具工程/跨域潛力高中生

兼具高階工程專長與跨域應用能力之一流工程師或研發領導人才BME 4 Is: 智慧、跨域、整合、創新

生機4.0系務發展規畫總覽

生機4.0(108學年度起)

空間

財務

公關

課程

人資

農機

館舍營運教室公共設施實習場域招牌指引實驗室網路設施

業界連結系友會摺頁文宣網路文宣紀念品

大額預算募款特別經費經常經費結餘款

專業領域高階課程專業必選

實習與專題核心課程基礎課程

學院任務臺灣需求國際趨勢

資源技術盤點研發策略歷史紀錄

師資行政技術支援

博後/助理研究生/專題生

大學部學生修課學生

第四代生物機電工程教育系務發展(ref.: 2019/1/15共識會議)

永續生機:

萃聚人才 (環境)經營品牌 (策略)持續卓越 (發展)榮耀系友 (連結)

(2019/4/18系務會議)

外部連結強化

2/25: 三久公司 – 致贈獎學金捐助獎牌 3/12: 台灣人工智慧實驗室 – 農學院合作討論

3/25: 奧丁丁公司 – 系友與合作聯繫 3/27: 台達電機電事業群 –工業自動化實習設備

PS: 4/23豐泰基金會來訪討論田間機器人競賽合作事宜

這是一個生機時代：其實有很多生機系

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歡迎就讀台灣大學生物機電工程學系