全國中小學科展

高級中等學校組

Without doubt , That’s air filter

本研究期望能藉由探討聲波的相關物理特性,研發出高效能的空氣濾清器。研究過程中,利用程式設計的基礎設計出許多低頻的頻率,再經由傳輸與測試後取得其聲壓頻譜、聲壓、聲強、聲功率分布等物理特性之數據,再藉由聲強與聲功率分布之物理特性,設計結構與完成作品。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以(1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH 6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400 mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300 mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。

跳躍圈躍起與滑動的力學條件分析

本研究探討跳躍圈躍起與跳躍圈滑動的力學條件。首先以剛體力學理論導出平面與斜面上跳躍圈躍起的條件,我們使用雷射切割機自製圓環並以強力磁鐵當作加掛重物,在平面與斜面上進行實驗,手機錄製影片後使用Tracker進行分析,確定跳躍圈躍起的條件γ∙ac∙cosϕ>g與實驗數據吻合。此外在影片中發現跳躍圈在躍起前,會先從純滾動變為滑動,此一現象稱之為純滾動破壞,我們也以剛體力學理論導出了斜面上跳躍圈從純滾動變為滑動的條件,手機錄製影片後使用Tracker進行分析,確定實驗數據與理論公式相符。

二維複合式凸輪於自動鏟花之研究

在機械產業當中,工具機組裝中的配合面都會運用到鏟花這項技術,佔有極為重要的位置,現今當中鏟花主要還是以人工的方式來進行,並且是一項技術性高的工作,在課堂上也有看過業界的鏟花師傅示範,我們實際操作起來也不容易。 我們利用鏟花刀驅動機構來實現鏟花刀的軌跡,利用課堂所學到的知識和加工技術專業背景來開發機台,我們主要以3D列印機的運動控制為基礎,設計複合式凸輪機構,再藉由樹莓派控制Python程式語言控制鏟花刀轉向機構及鏟花刀驅動機構所需的機械動作,來達成具有不同角度及分布的鏟花承斑,這些操作都只需運用到觸控板控制數莓派便能減輕人工的負擔。 我們設計的機台具有自動化加工功能來取代人工,並且不會有人工傷害,也不需具備鏟花技術,操作介面簡便,人本成本低,便達成自動化的目標。

語音模型逆向攻擊實現與分析

本研究中,我們對模型逆向攻擊在語音辨識系統中的影響及風險進行深入分析。隨著Siri、Google Home等智能助理設備在日常生活中的廣泛使用,其語者辨識系統的安全隱患引起了我們的注意。本研究目的在於深入理解模型逆向攻擊的運作機制,並探討其對語音辨識系統的攻擊效果。我們透過實施多樣化的攻擊策略,對不同的模型架構和數據處理方法進行了評估,並對人聲與非人聲的數據集進行了攻擊效果的比較。此外,我們亦實現了基於差分隱私的防禦算法,在多數模型架構下達到接近50%的防禦效果,顯著提高攻擊代價。研究整體揭示了語音辨識系統在面對模型逆向攻擊時的脆弱性,並藉由實驗分析推論出可能的防禦策略,期待能通過策略來增強模型的安全性。

以校園望遠鏡觀測木星及其衛星的光譜

本研究利用校園2023年底晴天率高的冬季觀測木星及其衛星的光譜,累積的資料初步確認光譜觀測於藍端(可見光偏短波長端)的強度變化較紅端(可見光偏長波長端)明顯,因此,若能用紅端來做為星球之間的交互作用影響會比較適合。本作品也把木星及其衛星埃歐(Io)逐日進行比對,利用紅端較不受影響的前提下,得出在11月3日時木星衝觀測當日光譜藍端有較佳的吻合,推測除了仰角與大氣影響,太陽光反射的角度也會對觀測結果有所影響。最後,本研究由埃歐(Io)光譜的進階光譜分析可以得知,不同日期的響應曲線會有些微的變化,推測可能是火山噴發的作用影響。

消化或循環?扁蟲往復式消化道之發現

扁形動物蚵蛭已知有捕食消化的描述,但對研究價值更高的野生扁蟲相關文獻卻極為稀少。本研究以台灣近水域常見的網平扁蟲 (Paraplanocera oligoglena) 為對象,探討其捕食與消化行為。確認網平扁蟲為廣食性礁岸海域石下多種腹足類物種掠食者,覓食分攻擊、捕食和消化三階段,且僅捕食活體,為非腐食性生物。首創活體動物消化道觀測技術,以染色手法觀察網平扁蟲高迴數分枝的消化道,發現三種類別:枝狀管、盲管與循環管。藉動態影片追蹤食物進入扁蟲消化道後的移動,發現分節運動與蠕動現象,進一步分析其收縮頻率與運動方向,觀察到未曾報導過的雙向蠕動現象,確認消化道運輸模式為非循環的往復式蠕動。期望未來持續了解更多物種的消化腔,並提供野外族群追蹤的可能性。

把學校塗綠——教學場域綠建築化

近年來全球暖化愈發嚴重,教育部為了維持學生的學習品質,發起 「班班有冷氣」 計畫,試圖使學生能夠在舒適地學習,但是冷氣對能源的需求非常高,何況在全校都使用冷氣時,能源的使用量更是怵目驚心。因此,以正確得方式擺放冷氣使其以最低能源用度能夠有效降溫,和如何從根本改善教室內悶熱的問題,即是本團隊的目標。為了親身調查和感受實際情況,本團隊至當地一國民小學進行環境因子調查,了解到氣候受風向、風速、通風換氣量、太陽角……等等因子左右,並發現通風不足是最主要導致室內悶熱的原因。根據結果,本團隊提出三個改建方案,和小成本改造之可行度列表,而欲確認改建方案是否可行,則以模擬小屋進行「在聚熱層開設通氣孔」的實驗。

無線充電線圈形狀對線圈特性之探討

本實驗主要探討不同形狀線圈對線圈自感、互感、耦合係數等特性的影響。首先查詢線圈相關數學模型,之後設計出螺旋圓形線圈及螺旋方形線圈,再利用實驗數據求得線圈自感值、互感值、耦合係數值。量測自感時,發現螺旋圓形線圈的自感值較螺旋方形線圈高,透過多圈線圈自感互感組合解釋此原因。量測線圈互感值時,發現緊密重疊、無水平方向偏移時,螺旋圓形線圈互感值和耦合係數均較螺旋方形線圈高。但進行水平方向偏移後卻發現,螺旋圓形線圈的互感值和耦合係數下滑趨勢較螺旋方形線圈明顯。最後以必歐-沙伐定律的數值分析模擬偏移後的磁場,解釋此現象。

網演水現:捕霧網集水效果研究

捕霧網技術是多霧有風地區經常用來解決水資源不足問題的方法。過去研究認為不鏽鋼是集水效果較佳的材質,而實際生活中考量成本則通常使用尼龍材質。本研究認為同為金屬且成本和取得難度都較低的銅以及永續環保材質木麻黃也相當具有潛力,因此本研究設計實驗驗證兩者的集水效果,經與不鏽鋼和尼龍對比,發現結果毫不遜色;另外,本研究又探討了不同層數和安裝配置的影響,發現雙層完全貼合的網子具有最佳集水效果。最後本研究對這些現象提出解釋,並提出未來研究展望。