全國中小學科展

高級中等學校組

以特徵點主導之圖像輪廓分段貝茲曲線擬合與節點簡化系統

本研究提出一套基於貝茲曲線的手寫圖形向量化系統,透過自動節點擷取與分段擬合機制,在降低點位數的同時維持高度幾何保真,本研究整合了自創的線段向量與曲率特徵處理演算法(SVCFP)能自動分割手繪筆劃並擷取關鍵節點,搭配最小平方法(LSM)進行高效貝茲曲線擬合,整體流程建置於網頁互動介面,可即時繪圖並獲得向量化結果。研究結果顯示,相較於傳統工具,本研究在控制點數上平均減少約84.6%,最高可達90.8%壓縮比,同時僅犧牲較少精準度情況下(BMND分數平均變動約 28~36分),仍能保持流暢準確的輪廓重建 ,亦適用於大量或即時處理情境,如數位手寫輸入、字型設計與圖形分析等,為圖形向量化提供一種高效率、低冗餘、視覺保真且實用價值高的解決方法。

防跌守護,步步安心

隊員的外婆在台灣獨居,曾因跌倒而未能及時求救,引發家人擔憂,高齡化與獨居老人數量增加,導致安全照護挑戰,需改善意外求助系統。本研究目的是使用OpenCV和YOLO技術辨識人體動作,檢測跌倒情況及其影響發送郵件通知家人。本研究使用Pexels和Google收集圖片進行訓練,Roboflow工具加快標註過程。過程中整合偵測、影像擷取及郵件發送功能,設計時間間隔機制避免重複發送郵件。訓練結果顯示模型在辨識「躺下」動作上準確率高,對其他動作表現尚可,而系統運行時CPU負擔輕,確保穩定性與擴展性。本系統對人物重複辨識和跌倒檢測準確性有改進空間,考慮增加資料量及調整標註類別。未來計畫開發專用APP以提升訊息傳送功能,增強用戶體驗。

烈鋼凝心·爐火純青

本研究將工業廢棄物中的爐石與不鏽鋼粉再利用於取代水泥砂漿原料,除有效運用廢棄物外,亦可透過取代水泥與砂,減少二氧化碳的排放及天然資源的消耗。為驗證其應用之可行性,本研究以爐石粉取代水泥、爐石粉取代砂、不鏽鋼粉取代水泥、不鏽鋼粉取代砂、爐石粉加不鏽鋼粉取代水泥、爐石粉加不鏽鋼粉取代砂等六種型式,每種型式採5%、10%、15%、20%等比例,依據CNS規範進行28天齡期之水泥砂漿抗壓強度試驗,每一組試驗皆製作3個試體,並與對照組之一般水泥砂漿比較分析。結果顯示不鏽鋼粉與爐石粉可有效提高水泥砂漿的強度,以爐石粉加不鏽鋼粉取代15%砂可獲最佳強度,取代20%砂則可得環保及工程性能之最佳效益。

飛Woo hoo~鱰我最鮮—鬼頭刀天然鮮味粉

市售調味料多含人工添加物,長時間加熱可能產生有害物質。因此我們以純天然食材研發鮮味粉,提供更健康的調味選擇。近年來,臺灣東北角盛產的鬼頭刀因外銷需求減少而滯銷,故選用鬼頭刀為主要原料,結合在地農產與農業廢棄物(如三星蔥、鳳梨皮、茶葉渣、柑橘皮)開發多種風味,兼顧健康、美味與永續發展。為提升魚肉粉末的溶解量,運用鳳梨皮蛋白酶前處理,搭配濕式造粒方法,使溶解量提升至68.13%。此外,將廢棄魚骨製成烘烤脆麵,搭配鮮味粉食用,創造全魚利用在地化新商品。鮮味粉產品採玻璃瓶裝(80g/瓶),售價95元,經14天室溫儲存實驗品質穩定,經市場調查得知,鮮味粉整體喜好度與購買意願超過八成,而青蔥口味最獲青睞,證明具商品化潛力。

描圖紙的捲曲行為變因探討

描圖紙又稱硫酸紙,經硫酸處理後形成部分纖維被轉化成凝膠狀且不可滲透性澱粉樣蛋白的紙張。本研究旨在探討該捲曲、反轉現象的各種可能變因,並推估該紙張捲攤行為的機制。經探討發現環境的溫、濕度影響其現象,且描圖紙接觸的溶液不同也影響運動。描圖紙本身變因有表面材料、大小及重量。不論描圖紙形狀,最後都以同一方向平行捲曲,與描圖紙上的纖維方向有絕對關係。進行不同面積方形描圖紙捲曲實驗,表面積越大的正方形描圖紙在捲攤現象花費較多時間,長形描圖紙捲曲速度則以非捲曲長度為影響因素。描圖紙表面處理的實驗,無論凡士林塗於描圖紙任意面,皆影響其捲攤。描圖紙較厚需更多時間完成現象。根據以上,推測為吸水使描圖紙膨脹導致。

以粒子濾波法計算b值於地震預測之應用

近年來台灣西南部地震頻繁,本研究即探討台灣西南部地震活動,除了驗證該區地震芮氏規模與頻率符合古騰堡-芮克特定律(Gutenberg-Ritcher Law),也探討定律中b值變化與大地震之關聯。研究對象以台灣西南部區域內1973.01.01~2025.01.31之地震數據,採用最大概似法及粒子濾波器(Particle Filter) 處理時間序列,計算各區b值,並推估各區芮氏規模(𝑀𝐿) > 4.5之地震發生機率(P值),結合斷層分布與地質特性,分析地震風險。結果顯示,大規模地震前b值呈下降趨勢,震後則逐步回升,顯示b值變化趨勢與樣態具有作為地震前兆的參考價值;透過b值計算出的芮氏規模(𝑀𝐿) > 4.5之地震發生機率,亦可捕捉地震活動趨勢。本研究發現b值及其所計算的P值可作為短期地震風險指標,未來可進一步應用於地震預警與防災評估。

飛向宇宙,浩瀚無垠-自主分項研發火箭技術,推進系統及姿態控制和測量之研究

本研究將火箭分成三大部分:推進、姿態控制、降落,各別研發製作,用 低成本材料結合Arduino實現動態控制,以及自製出研發測量及實驗所需的器材,最後將所有技術整合完成一整支火箭。我們自行設計了引擎噴嘴,結合實驗將噴嘴推力提升,並比較不同噴嘴的推力。為了完成姿態測量,我們利用Arduino自製姿態測量系統,經過測試將其放置於火箭中用其自動量測數據並存取。回收火箭的動態姿態控制系統之部分,我們自製柵格翼,以及利用生活中所見有趣事物,創新製作圓筒姿態控制,實現火箭在空中動態控制。最後將技術整合,完成火箭。

跨語言交流與環境感知的智能眼鏡-EchoLens

本研究提出一款結合生成式AI能進行場景分析,進而綜合情緒、語氣、文化禮節給予最佳回覆的人工智慧眼鏡。目的希望使用者不需要透過手機即可實現即時語音翻譯、情境分析與天氣資訊抓取功能。系統以ESP32為主要控制核心,搭配Android Studio開發之應用程式,透過WiFi採用UDP通訊協定進行無線通訊,提供精簡的翻譯與應答建議。每次翻譯處理後,GPT根據語境與提示詞再將翻譯結果與應答建議,傳送回並顯示於智慧眼鏡的OLED螢幕,將即時資訊呈現在使用者眼前,實現流暢的跨語言互動體驗。

應用接近感應器與3D模型設計降低磁浮列車之供電延遲並使其自主傾斜

本研究旨在設計一套中長程列車可使用的磁浮系統。目前,成功的磁浮列車無線供電系統都是於大範圍內進行供電,這會導致許多電力的浪費,縮小範圍必須要感測是否需要供電,目前能做到的,主要是手機的無線充電器。然而,其從接觸負載到真正開始供電,過程大約需要1.2秒。所以本次實驗的首要目標就是製作一套能在5ms內進行供電的距離感應式供電系統。 中長程列車多數包含不同車種,而這些車種的行駛速度各不相同,導致列車需要在過彎時調整不同的傾斜角度,以確保乘客受到最小的離心力影響。因此,本研究的第二個目標是製作一套能自主傾斜的磁浮系統,並設計一款App,使我們能透過Esp32調整列車四角的磁力,進而控制傾斜。

開發有機膦催化之二酮吡咯烯烴β-醯化反應

由於多種阿茲海默症抑制的藥物中含有 pyrrolidine-2,3-dione 骨架,因此本實驗製備其衍生物,拓展神經損傷治療相關的藥品資料庫。研究中成功透過一鍋化策略完成難度較高的β-醯化反應,並且加成三氟乙酸酐的醯氟基,拓展醯化反應、氟化學的應用,展現其在化學及生物活性上的潛力。查閱相關文獻後,設計有機膦試劑作為催化劑,針對反應的條件進行優化,並深入了解其反應機構,建立β-醯化反應理論與實驗基礎,亦將所合成之產物進行純化,透過儀器鑑定化學結構與特性,接著測量並計算衍生物的反應產率。最終製備不同官能基的起始物,合成多種衍生物以豐富資料庫,並觀察不同取代基間的反應特性與立體障礙。