全國中小學科展

高級中等學校組

苧麻微流體檢測陰陽離子及染劑色素濃度

本實驗使用特殊處理過的苧麻線,開發便捷且可判斷濃度的模組。以簡單、方便的量測方法,利用色素及陰陽離子產物在苧麻線上的層析長度與溶液濃度之關係,有效判斷溶液濃度高低。此模組體積小、藥品用量少、成本低廉,用肉眼即可觀察且攜帶方便。本模組可以用於檢測0.01g/L ~ 2g/L的剛果紅色素溶液、0.04g/L~2g/L的亞甲藍色素溶液、0.01g/L~1g/L的鉛離子溶液、0.01g/L ~ 1g/L的硫氰酸鹽溶液。此簡易且低成本的模組可以降低工廠檢測汙水的成本,進而提高其意願去排出符合環保署標準的汙水。

「永不凍僵」─可控制保溫複合材料之製作與應用

本系統運用石墨添加聚矽氧聚合物製成導電薄膜,通電後電壓與電阻依據歐姆定律與焦耳定律產生熱能,製成輕薄且柔軟的加熱片或網狀。配合單晶片為核心的恆溫控制系統,通電後溫和穩定地加熱,輸入設定值當溫度達到32度C時會停止加熱,當溫度過低時會啟動系統開始加熱。藉由手機的APP連接WIFI用電晶片傳到基地臺,可以直接用手機看到整個系統的環境溫度狀況,藉由APP遠端遙控可以達成我們所想的節能目的,還能夠及時了解狀況,維持所需的溫度,讓溫度不會過高或過低。因此防止農作物失溫,增加農作物的存活率。

影片情境化字幕實現探討

本研究旨在改善聽障人士無法完整接收影音類型資訊的狀況,探討各種影片處理技術,尋找、嘗試並比較各種方法,整合出最適合的系統自動替影片嵌入情境化字幕——用視覺的方式呈現影片聽覺訊息,讓聽障人士便於理解各種類型的影片內容與資訊。 為此,我們呈現的情境化字幕有主要幾個特點: 1、將聲音對話轉為字幕標記在說話者旁,透過畫面中語句位置就可以了解跟語者的對應關係。 2、畫面中字幕會以漸漸上飄消失的泡泡字幕來呈現,使觀影者有充足時間閱讀字幕理解內容。 3、將環境音效如電話聲、雷聲與貓叫聲等各種能傳達資訊的聽覺訊息標示在畫面中。 藉由這些處理使畫面呈現更豐富的影片資訊,最終達到改善聽障人士資訊接收權益不平等的目標。

「生」機蓬勃

有機物在無氧或低氧下,會熱裂解成生質炭,具高表面積,能吸附有機質形成生物炭,促進光合菌生長,改善土壤品質。為了解光合菌對生物炭促進腐熟化的效應,本研究運用光合菌在印度棗、鼠眼木、南洋櫻和桑葚等4種生物炭中做成添加劑,探索添加光合菌與生物炭對土壤的影響。實驗發現,農業有機廢棄物做成生物炭,就能改善土壤環境、促進作物成長,結論摘錄如下: 一、光合菌與水以1:20比例稀釋,種子發芽率與存活率高達100%。 二、校園盆栽土壤添加生物炭和光合菌種植青江菜,發現大部分添加者較未添加者生長更佳。 三、以生物炭提供青江菜營養源,有機質比無生物炭至少提高2%以上,南洋櫻最高可提升4%,額外添加光合菌可再提升0.5%,整體累計提升4.5%。

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。

輪椅改造,提高『便』利性

近年少子化使老年人口比例快速上升,政府對老年及失能人士的照護也愈發重視,而在輔助失能人士的輔具中,輪椅及便椅是日常生活不可或缺的存在,對行動不便的使用者而言,在輪椅與便椅兩者間的移動可能增加跌倒的風險,若能將輪椅與便椅結合,將大為降低移動的風險。本研究透過生活科技及資訊科技所學,設計將兩項輔具結合為主要目標,並試圖解決兩大問題:第一,輪椅如何提供座位中空來進行如廁,而中空的部分沒有支撐要如何來改善;第二,長期仰賴輪椅者臀部所產生的壓迫性壓瘡如何來防治。本研究將針對上述兩大問題,就現有照護文獻與輔具發明,進行探討、發想、實作與改良,期望打造一台能降低跌倒風險與壓瘡發生等多功能的『方便椅』。

不同種樹豆及不同處理方式對樹豆之抗氧化能力探討

本研究以樹豆植株及三種品種樹豆種子為研究對象,研究目的分為五大方向。探討樹豆各部位的抗氧化力、探討三種品種樹豆葉的抗氧化力、探討不同豆類種子的抗氧化力、探討三種品種樹豆種子的抗氧化力、探討三種品種樹豆種子在不同材料處理下的抗氧化力影響。結果發現,樹豆葉以嫩葉有最佳抗氧化力且各品種皆有高活性過氧化.;高溫處理下能提高豆類乙醇萃取物抗氧化;臺東3號樹豆且純水高溫萃取抗氧化效果最好,臺東1號高溫萃取的抗氧化能力則與材料成正相關。綜合以上發現高溫萃取可增加樹豆的抗氧化能力,且臺東3號以純水高溫萃取的抗氧化能力最為顯著,而臺東1號因高溫萃取及不同的材料處理也進而提高其抗氧化能力。

二氧化碳高選擇性轉化生成合成氣之碳中和工程

近年來「碳中和」是全人類追求的目標,本研究利用非貴金屬(鐵、鈷、鎳)離子形成前驅物為2-甲基咪唑配體的沸石咪唑骨架和前驅物為雙氰胺、葡萄糖反應物的類石墨相氮化碳,再鍛燒生成可導電的催化劑,將上述兩系列的催化劑分別搭配使用氣液分隔的氣體擴散電極進行電解還原CO2,再由氣相層析儀分析產物並計算法拉第效率。目前合成出的鎳金屬類石墨相氮化碳催化劑(Ni SACs@NC)最佳,在電位-0.52V時,高選擇性生成CO,其法拉第效率高達99%,而目前已有成熟工業製程能將CO轉成合成氣,再製造許多具經濟價值的有機產物,所以我們開發的新環境工程,找到一條碳循環的新路徑,有助於加速達成「碳中和」,為人類永續發展做貢獻。

高斯光束照射橄欖油產生繞射的研究

高斯光束(Gaussian beam)穿過透明液體時,對液體局部加熱,使液體有溫度梯度,伴隨著產生折射率梯度。葉綠素-a(Chlorophyll-a)乙醇溶液對紫光的熱吸收率為乙醇的數百萬倍,橄欖油的葉綠素-a含量很高,利用高斯光束照射橄欖油時,橄欖油吸收的大量的熱量產生折射率梯度,以及產生熱透鏡(Thermal lens)和自調相(Self-phase modulation)現象。 以雷射光照射橄欖油,由於熱透鏡現象使光束擴張成大亮點(半徑R),由於自調相現象使光束在屏幕上產生繞射圖樣(繞射亮紋數目N)。圓柱筒裝橄欖油(液柱長度a),用不同功率的雷射照射橄欖油,探討吸收的熱量對R和N的影響。另外使光束先經凸透鏡聚光再照射低熱吸收率的色素水溶液做對照比較。

旋轉三角形跑射線

本作品延伸前年數學科展作品《公園跑切線》,研究兩個同內心不同大小的正三角形,中間小三角形旋轉θ,由大三角形的其中一邊上取一出發點,對小三角形的頂點沿射線到下一個邊上,接著重複此動作,最後路徑會收斂成三角形,研究收斂點的位置和出發點、旋轉角度、邊長比與收斂可能的關係。之後我們分離小三角形與大三角形之內心,並研究其性質與收斂可能性。最後,我們加入了共內心、相似且方向相同之兩一般三角形的情形,同樣研究其性質與收斂可能性。