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高級中等學校組

低造價 AI 物件識別廚房防災 LINE 簡訊警報系統

傳統火災警報器無法有效預防火災的發生,且不但容易在烹調時誤觸也無法將警訊傳給在外的住戶,本研究結合遠紅外熱傳感陣列與物件識別,並配合蜂鳴器及LINE簡訊開發一款「低造價 AI 物件識別廚房防災 LINE 簡訊警報系統」。運用物件識別,本警報系統不需事先手動標記廚具位置即可自動偵測常用廚具的位置、監視其個別溫度是否超出該物件的警報溫度。本警報系統在操作上對一般民眾較友善,對可移動的廚具具備警報能力,且對於非廚具的範圍也設有警報溫度,亦可防範電線走火等非廚具造成的異常高溫。此外,本警報系統在監測到溫度異常狀況時,會根據現場是否有人而發出警報音或可手動取消的提示音,適度減少民眾在烹調時受到的干擾。

第一電池-探討利用地衣共生真菌與藻類建構長效微生物電池之可行性

本研究旨在探討如何利用地衣共生藻類與共生真菌天然的互利性來建構長效的微生物電池,此實驗將培養出的地衣共生真菌與藻類利用海藻酸鈉(SA)進行固化,並進一步製成不須添加質子交換膜的晶球地衣電池,並觀察其發電量。經觀察,本研究之地衣電池電壓高峰為0.497V,且目前已維持運作1038小時,電壓仍有0.3 V。由上述可知,利用海藻酸鈉固化之方式能製作出穩定且高效能的地衣電池;而地衣取自於自然環境,亦不需添加質子交換膜,故對成本低廉且環境友善成本低廉,符合永續發展目標(SDGs)中的目標七:確保所有的人都可取得負擔的起、可靠、永續及現代的能源。期許未來能夠發展為具備實用性且低成本的綠色能源。

蛋說無妨,殼以實驗—以蛋殼作為反應器合成奈米粒子探討

蛋殼膜為一種常見生物物質,其組織具有多孔性、親疏水性等,可以選擇性吸附特定分子,或作為控制顆粒進出的半透膜。我們先將蛋殼透過雞蛋開孔器製成蛋殼容器,在蛋殼氣室端上挖了一個小孔並不破壞蛋殼膜,製成蛋殼反應器,蛋殼內外各放置不同反應溶液,使內外溶液反應物能隔著蛋殼膜產生交互反應。 我們利用蛋殼反應器去探討多侖試劑和本氏液與葡萄糖的反應,發現相較於兩溶液直接混合接觸反應,利用蛋殼膜分隔的作用可以避免反應太過劇烈,可成功生成較穩定的奈米粒子,而這些奈米粒子據推測極可能是奈米銀和奈米氧化亞銅粒子。我們也探討蛋殼膜離子滲透,分析變化現象。 我們希望蛋殼反應器的研究,未來能運用到蛋膜材料或奈米材料的發展。

「腸」驅直入-大腸桿菌在Y型通道內的行為表現

本研究以數值模擬討論大腸桿菌在自行設計之有濃度梯度的Y形通道內的運動情形。在自然界中,大腸桿菌會判斷周圍營養物質的多寡並隨機旋轉,最終大致朝向營養物質濃度較高的地方移動。本實驗設想大腸桿菌在現實中可能會有的運動情形設計演算法,用程式進行模擬,分析大腸桿菌在此環境內的各種表現,並首次建立對比的實驗以驗證理論計算。 本模擬透過改變自行設計之Y形通道中的通道寬度、濃度梯度及通道傾斜角等變數,進行程式模擬後,觀察這些變數對大腸桿菌運動的影響,將數據點擬合成函數,輔以直觀分析後,分析方程式中各個特徵常數及函數本身具有的物理意義,以及在我們意料之外的特殊發現。最後進行實驗嘗試歸納出對於本研究模擬條件的理解。

「炭」「桃」問題---自製鐵磁生物炭並活化過硫酸鹽(PMS)降解水中四環黴素之研究

大葉桃花心木為校園常見樹種,本身具有毒性,鮮少被回收再利用;四環黴素為汙水常見之新興汙染物,對人類健康與生態穩定造成威脅。生物炭是將木材或枯死的植物,在高溫下以無氧方式加熱裂解,作為土壤改良物質或吸附劑,為低成本、多孔且富含碳元素材料;過硫酸鹽(peroxymonosulfate,PMS)具有超強氧化性,產物毒性較低,廣泛應用於去除水中有機污染物。 本研究以各種溫度(300~900°C)將果殼燒製成生物炭,用於吸附四環黴素溶液,探討活化不同濃度PMS降解效果,得出最佳條件為300°C生物炭添加於0.01mM之PMS。並將表面改質為鐵磁流體,催化PMS具有回收再利用的永續概念,實際投放人工淡水和魚類養殖水體中,提供快速簡易的淨化水質方法。

智慧勘察車

現本專題是建構無人載具車進行探勘平台的開發,其主要以Arduino Mego 2560作為本地主控台,輔以OLED顯示螢幕展現各類偵測資訊如溫濕度等,並以藍芽模組將相關資訊傳送至遠端平台顯示,除了探測相關資訊外,還將無人載具周圍的環境影像透過ESP32CAM無線wifi攝像頭模組傳送至遠端平台,以提供遠端平台對於周遭環境的掌握及判斷執行相關的控制,因此探勘平台將可提供許多不適合人類到達的場景進行許多探勘及相關救援等行動。

正多邊形旋轉之旋心角恆定討論

我們從正方形旋轉的國中模擬考題出發,從國中數學的「三角形全等、相似」、「圓周角」、「平行關係」與高中數學的「矩陣旋轉」、來對「正多邊形旋轉」進行討論。在簡單的全等問題中,找出旋心角度數,並延伸找到不同旋轉中心,旋轉相同角度後所得的圖形會互相平行。在原題目之後,我們對於不同旋轉中心之間,也找到旋心角角度的恆定關係。在角度之外,我們對於旋轉後突出的三角形的周長與面積也找到恆定或極值的關係。我們利用「三角形相關幾何性質」證明周長與面積關係;利用「交比性質」來證明不同旋轉中心、不同旋轉角與旋心角三者之間的相互函數關係。最後,我們將所有性質與關係,都推廣並證明至任意正多邊形。

基於影像辨識之智慧冰箱學習系統

民眾在生活採買與準備食材中,經常面臨一些問題,例如:忘記冰箱食品而導致重複購買與浪費、食品放置過期…等。因此我們提出一個可以解決上述問題的系統,藉由影像辨識來判斷食品品項與移動軌跡,藉此建立冰箱內部的食品清單,並且可透過冰箱觸控螢幕與手機APP,查看與設定清單內容。針對無法辨識的食品,系統可以學習訓練建立影像辨識模型,並針對現有的食品類別進行增量訓練,提高辨識食品的準確率。藉由本研究所提出的系統,可以學習與辨識各項冰箱食品、設定過期提醒通知,與冰箱異常偵測,協助使用者有效且便利地管理冰箱雜物、掌握冰箱的狀態。

藥命時刻-天然環境農藥降解與大範圍消除方法研究與討論

本實驗研究常見除草劑「固殺草」的降解與檢驗,同時利用各種物質與方法嘗試消除農藥,並尋找消除農藥「固殺草」最佳方法。 本研究發現:藉由產生「親核取代反應」(Nucleophilic substitution) 能有較佳的消除農藥效果,並且當環境物質含有越多量的胺基酸與維生素時,其消除農藥效果也越好。 根據實驗結果,我們利用環境中易取得的物質,自製簡單、便宜的農藥消除劑,用來協助農民與一般民眾消除農作物上殘存的農藥,並根據實驗結果可以在極短時間內達到去除99%以上的農藥殘留,期望幫助民眾遠離農藥的毒害。

動態球與膜的交互震盪

本研究探究動態球與剛性、彈性、超彈性膜的交互作用,研究球與膜連續碰撞後「球的彈跳」與「膜震盪、產聲」兩面向。我們分析球的彈跳,發現僅由前五次的趨勢可估算彈跳次數,預測值與數據接近。 另發現「球在彈性面上有後次彈跳高於前次」的情形,且「產聲強度有後次超越前次」的現象。這兩種不定性現象,我們以能量交換大致解釋。 再建立膜震動動力理論,用貝索函數預測撞擊時膜產生的多組頻率,對比數據誤差小於5%。此外膜震動時若再次被敲擊,膜將激發出另一組頻率,且仍在理論預測之內,我們稱之膜頻率的「躍遷」。 透過研究「動態物(球)與彈性膜的交互震盪」的能量交換與「躍遷」現象,以期未來在薄膜震盪工程或聲學失真問題中有更多應用。