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基於中醫脈學開發深度學習體溫檢測系統

本研究提出一套創新的體溫檢測方式,透過全新的檢測演算法架構深度解析脈搏訊號中的特徵,並結合深度學習神經網路開發一套體溫檢測的嵌入式系統。本研究基於血液共振理論,將光體積變化描計圖法擷取到的脈搏訊號處理,從中擷取共振峰值及其變化量,並開發演算法實時檢測血液循環中諧波的微小變化,改善當前分析方法著重在計算平均值,無法呈現即時狀態的缺失。本研究提出的系統和演算法所延伸的深度學習體溫檢測系統準確度在±0.16°C,同時預警系統可以擴展至多種趨勢相關的臨床症狀。此外,本系統實作出嵌入式AI技術,並且以聯邦式學習方法保障資訊安全,將資料保存於本地,上傳訓練調整後的參數到雲端,對邊緣運算領域能做出實質貢獻。

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A.N.T.s: Algorithm for Navigating Traffic System in Automated Warehouses

According to CNN Indonesia 2020, the demand for e-Commerce in Indonesia has nearly doubled during this pandemic. This surge in demand calls for a time-efficient method for warehouse order-picking. One approach to achieve that goal is by incorporating automation in their warehouse systems. Globally, the market of warehouse robotics is expected to reach 12.6 billion USD by 2027 (Data Bridge Market Research, 2020). In this research, the warehouse system studied would utilize AMR (Autonomous Mobile Robots) to lift and deliver movable shelf units to the packing station where workers are at. This research designed a heuristic algorithm called A.N.T.s (Algorithm for Navigating Traffic System) to conduct task assigning and pathfinding for AMR in the automated warehouse. The warehouse layout was drawn as a two-dimensional map in grids. When an order is placed, A.N.T.s would assign the task to a robot that would require the least amount of time to reach the target shelf. A.N.T.s then conducted pathfinding heuristically using Manhattan Distance. A.N.T.s would help the robot to navigate its way to the target shelf unit, lift the shelf and bring it to the designated packing station. A.N.T.s algorithm was tested in various warehouse layouts and with a varying number of AMRs. Comparison against the commonly used Djikstra’s algorithm was also conducted (Shaikh and Dhale, 2013). Results show that the proposed A.N.T.s algorithm could execute 100 orders in a 27x23 layout with five robots 9.96 times faster than Dijkstra with no collisions. The algorithm is also shown to be able to help assign tasks to robots and help them find short paths to navigate their ways to the shelf units and packing stations. A.N.T.s could navigate traffic to avoid deadlocks and collisions in the warehouse with the aid of lanes and directions.

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Bio-Circular-Green Superabsorber

As the world has become concerned about the global waste crisis and global warming, there has been a surge of research within materials science to find materials that would replace plastic, such as bioplastics or biodegradable materials, in order to reduce environmental pollution. Plastics generates the microplastics that allowed them to become cross contamination enter the ocean through land, sea and river. Science research found (Lusher et al. (2017)) over 220 species of marine animals ingested microplastic, half of them are considered relevant for commercial purpose and increasing the risk of human consumption as it can induce immune response, oxidative stress, cytotoxicity, alter membrane integrity and cause differential expression of genes. Thailand is also experiencing such a challenge, as seen by the overabundance of plastic waste that might take centuries to decompose. For example, around 1680 million personal hygiene products such as diapers, sanitary napkins, and tampons are used each year. This study highlights the use of naturally accessible absorbent fibers from malva nut (Scaphium scaphigerum) (G. Don) Guib & Planch.), which is widely available and biodegradable in nature and has a low carbon footprint. This study also aimed to develop natural absorbent pads using compostable spun, external layers, and biodegradable glue. A prototype sanitary napkin with biodegradable absorbent pads was developed and evaluated for absorption ability, absorption rate, pH, and biodegradability. The absorbent material absorbed up to 19 times its weight in 2 minutes and 33 times its weight in 2 hours, which is enough for an average of 80-150 mL of menstrual blood. The prototype napkin deteriorated within 99 days, based on naked eye observation. Some signs of degradation and microorganisms growing on the prototype were also observed from scanning electron microscopic images. According to the findings, natural absorbent pads made from malva nut have the potential to be converted into sanitary napkins. Furthermore, it is proposed that the components, which include superabsorbent renewable materials, spinning compostable layer, external compostable layer and biodegradable glue, may be used in a variety of goods, including adult diaper pants, incontinence pads, and laboratory bench mats.

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「皂」化弄豆-探討肥皂對綠豆生長影響及因應對策

作者利用不同肥皂與綠豆的關係來探討脂肪酸對植物的影響,藉由栽種的綠豆盆栽作為環境模擬因子模擬脂肪酸參雜在土壤後對於植物的生長情形、葉綠素、氣孔開闔率的變化。本研究顯示,不飽和脂肪酸含量高的肥皂會對於植物本體的生長情形造成較明顯的抑制,添加EDTA、CaCl2能修復肥皂對植物本體的生長情形的抑制。本研究自行開發「植物營養自動補充機」,使用 EV3作為控制程式,監控植物生長環境,以水質的三個變因做為監測對象:導電度計(µs/cm)、酸鹼值計(pH)、溶氧量(mg/L),監控到水質低於下限或高於上限時,透過自動加藥方式 (EDTA及CaCl2 ) 做出相對回應,改變植物水質生長環境。未來進一步研究讓植物修復因肥皂水所造成的生長傷害。

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硬幣會來電〜揭開「硬幣電池」研究隱藏的秘密

網路搜尋到「一元電池」,因好奇而進行研究;歷屆科展作品皆採用一元硬幣來研究,但五十元硬幣才是最佳器材最後除點亮LED燈、啟動電子鐘,更突破性點亮鎢絲燈泡,但仍無法使手機充電 。 「一元電池」使手機充電影片,經驗證是偽造,但由影片找到實驗元件:硬幣、鋁箔紙、鹽水及硬幣連接方式;使用三用電表測量電流及電壓,需等數值穩定,才能獲得較客觀的結果。 酸酸鹹鹹冰梅肉充當電解液也算創舉;硬幣電池串聯,電流強度未增加太多,但電壓卻呈倍數成長;硬幣電池並聯,電流強度有增加趨勢,但電壓並無明顯差異;NaOH雖是最好的電解液,必須 等未來實驗技巧成熟後,再進行後續研究。 實驗後,應將硬幣恢復原貌,落實實驗倫理,希望往後研究能注意落實。

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把影像提升一個維度-影片圖片3D化

本研究以稠密式深度預測為基礎,進行環繞掃描3D還原建模。在這項研究中,我們擇手機作為唯一的外部數據提供設備。首先用手機同時錄影和記錄角度變化、位移數據後,我們同步各數據的時間點,並計算每一幀影像的位置,接著將拍攝的影像輸入深度預測模型轉換成深度圖並將其儲存為點雲,最後利用三維旋轉和平移矩陣將點雲轉回正確的位置以進行疊合。我們開發的3D還原建模系統能夠輸入影像、特定時間點的位置和角度變化來建立3D模型。此系統可以解決結構光掃描儀需要額外標記點的劣勢,且在機動性上較傳統的點對點雷射掃描儀更方便。我們希望可以在未來將這套系統集成為一個手機應用程式,方便使用者在手機上進行相關操作。

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愛粒沙砂—臺灣海灘大探秘

本次科展主題為探究屏東與臺灣其他地區海灘樣本的差異。我們選擇了具代表性的屏東地區海灘作為主要採樣點,利用數位顯微鏡比對外觀特徵,電腦影像軟體分析色調,透過篩網分析海灘樣本顆粒大小比例,並檢測其酸鹼性、硬度和KH等性質。 結果顯示,屏東和小琉球海灘主要由珊瑚、貝殼和少量有孔蟲殼體等生物碎屑組成,呈白黃色調;而臺灣其他地區的海灘沙粒主要由岩石碎屑組成,呈灰黑色。單位體積海灘樣本的重量測量結果並無明顯差異,水溶液的酸鹼值大多呈弱鹼性,TDS數值顯示不同區域的海水組成和溶解物有所差異,但屬於珊瑚砂海灘樣本的KH值平均超過10。這些差異是臺灣地理位置、河流侵蝕搬運堆積和沿海海流等因素共同作用的結果。

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兩組直線所構造的三角形外心軌跡性質

本研究源於 2022 年數學雜誌《Crux Mathematicorum》的一道四邊形動態幾何問題,我們先將此問題設定為三角形,利用綜合幾何方法給出了兩種構圖條件下的三角形外心軌跡皆為圓弧,並且發現兩種圓弧的變換關係,也給出豐富有趣的性質。值得一提的是,分別對三角形的三個頂點輪換進行第一種構圖得出三個圓弧,這些圓弧恰可組合成三角形的九點圓,這是有趣的發現!回到原始問題的四邊形,我們構造了兩個三角形,透過巧妙轉換頂角與直徑圓變換而給出外心軌跡所在圓弧的兩個定點而解決此問題。最後推廣至鄰邊連線時,我們用雙射對應觀點簡潔刻劃了軌跡圓弧。重要的是,本研究處理四邊形的手法與三角形的是一致的,意味著證明手法具有推廣性。

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借風使舵~氣流飛機任我控

空氣的流動會形成風,藉由起風板前進產生的上升氣流,可推動由保麗龍薄片製作的氣流飛機向前飛行。本研究旨在探討影響氣流飛機飛行速度的因素,分別以手持和類風洞裝置來進行實驗,結果我們發現,氣流飛機在起風板上的最佳飛行速度並非單一速度,而是一個區間。不同起風板角度間有共同的安全飛行區間,若飛行速度控制在共同安全區間內,氣流飛機可在所有的起風板角度上安全飛行。另外,氣流飛機在起風板不同位置也會影響飛行的速度,下半部速度最快,正上方成功率最高,本研究建議將氣流飛機操縱在上半部,結合速度和成功率。起風板兩側折角能修正氣流飛機的偏移,讓飛機回正。若將起風板兩側向上折起30度,則可讓氣流飛機飛得更快且更穩定。

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以泡致淨~家庭廢水以自製泡沫分離裝置製造再生水

台灣缺水,家庭廢水也因含有清潔劑會造成環境污染,促使我們思考如何用簡單的方式來處理家庭廢水,讓廢水變乾淨,循環再利用。 本組查詢歷屆作品和文獻,發現有人利用泡沫分離法去除污水中的重金屬,但需添加其他物質來處理,而市售廢水處理產品多採過濾沉澱方式,不僅設備昂貴,也需不斷換耗材。後來我們觀察家庭廢水多含有清潔劑,其本身就有起泡特性,又看到魚缸的蛋白分離器結構可淨化水質,我們就進一步延伸自製出不用添加物質即可使用的泡沫分離器,延續去年北市科展作品,今年我們將裝置實際用來處理家庭廢水,實驗證明廢水變乾淨了,每秒最大處理流量約96 毫升,我們並自製腳踏式抽水泵,將處理後的再生水抽到馬桶水箱供沖水使用。

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循環小數萬花筒

一、 分數:所有的分數皆能轉化成小數,可以分為「除得盡的分數」和「除不盡的分數」等兩大類別。 二、 小數:除得盡的分數可以轉化成「有限小數」,除不盡的分數可以轉化成「純循環小數」、「混循環小數」等三大類別。 三、 Scratch程式:將數字轉換成圖像,將360°依照數字0~9,分成十等份,順時針旋轉「36°×對應的數字」,這些圖像可以分為「相同圖形」和「同邊形圖形」等兩大類別。 四、 循環小數:循環小數包含「未循環數字」和「循環節」,分母因數分解後,2和5出現的次數會決定這個循環小數的類別。

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「氫」雲直上-影響氫氣火箭飛行的各項因子探討-Discuss the Factors Affecting the Flight of the Hydrogen Rockets

本實驗主要在研究各項因子對氫氣火箭的影響,我們查了許多影片和資料,發現許多氫氣火箭實驗都沒有記錄各項因子的數據及比較,在歷屆科展的火箭實驗中,將氫氣作為燃料的作品也寥寥無幾,所以決定嘗試這個題目作為本實驗的研究主題。 我們的研究使用電解製造氫氣與氧氣,進行燃料、造型實驗,並用電腦計算出飛行高度,希望能找出最佳飛行高度因子。我們發現各種因子的飛升高度與質量、質心、燃料與造型有很大的關聯。 希望能藉由這些實驗讓人們更認識氫氣火箭,也能藉由氫氣火箭的飛行實驗讓大家更認識、更熟悉火箭之中的科學原理,讓大家對科學更有興趣。

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