全國中小學科展

第61屆--民國110年

智慧影像,「One」視平安~大型車轉彎安全偵測警示系統

本研究主要應用AI影像辨識將大型車輛轉彎內輪差及視覺死角危險區域內的行人及車輛定位,立即以語音對駕駛警告危險位置,避免車禍發生。本系統先於Windows 10 PC上的Anaconda3 Spyder 環境以Python3使用OpenCV函式庫開發,並叫用YOLOv3來進行物體的辨識,能正確辨識行人和車輛並正確定位,配合大型車內輪差的計算判定危險性。程式最後佈署於NVIDIA Jason Nano Ubuntu 系統下並安裝於大型車輛。不同於一般行車視野輔助系統僅以測距的感測器偵測,本系統能明確得知人車種類,明確標定位置,並能立即判定有無危險,更立即以語音警告駕駛,且不干擾駕駛的視覺注意力,同時也擴音警告車外的用路人。研發過程中還設立了車輛影像辨識研究平台,期望後續研究能和自駕車的發展結合造福更多的駕駛及用路人。

感震防盜門鎖的可行性探討

住在臺灣很難避免受到地震的威脅,當地震發生時,有許多家庭因為門窗變形而無法順利逃出建築物,本研究探討—能在地震發生時自動開門的「感震防盜門鎖」之可行性,我們從文獻探討了解地震的分級與加速度有關,進而利用加速度感測的功能進行作品設計,首先為了能在5級以上地震發生時自動開門而進行第一代「感震門鎖」設計與製作、為了防止小偷入侵而改良的第二代「感震防盜門鎖」及能夠由中央控管系統自動開啟建築物所有門鎖的第三代「分離式感震門鎖」,最後經過校正及地震模擬實測,確認三款門鎖都可以有效偵測地震並將門開啟,最後經過與第一線消防人員訪談後,證明本研究作品對於居家防震的準備是具有可行性的。

從臺灣中部地區彰化斷層之斷層地形探討其活動特性

臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界處,活躍的板塊運動讓臺灣分布許多活動斷層,而活動斷層錯動時常引發災害型地震。根據歷史文獻記載,西元1848年臺灣中部曾發生一次災害型地震,稱為彰化地震,在中部地區造成嚴重災情。鄭世楠(2015)的研究推論此地震可能為彰化斷層錯動所引起,其震矩規模約為7.2。 本研究分析數值高程模型找出彰化斷層可能出露位置及斷層地形,並實地測量地形高度進而推算斷層一次錯動的抬升量與地震規模。根據測量與計算結果,彰化斷層一次錯動的可能抬升量約0.7公尺,對應震矩規模7.28的地震事件,亦與鄭世楠(2015)推估的震矩規模相似,故可以佐證彰化地震很有可能為彰化斷層錯動產生,該次事件抬升量約為0.7公尺。

週期性變化磁場對複合磁體磁浮特性的影響

此研究期望找到穩定磁浮的方法及探討產生磁浮振盪的變因。首先利用吸附上鐵材的磁浮體,觀察其造成的磁浮減震。實驗過程藉由變動磁場,發現週期性變動的磁通量對鐵磁體的磁化及渦電流產生影響,進而改變磁振盪振幅及阻尼係數。研究結果得知磁場的交變頻率越大,會導致磁浮體所受斥力增加且鐵磁體形成的減振效果減緩。另外,複合磁體中受硬磁磁化的鐵磁體在頻率到達一定區間時才能觀察到渦電流的影響,而此區間受複合磁體排列、磁化強度等變因控制。

鋤禾日當午,擦點防曬乳

本研究的目的是探討常見天然食材及廢棄果皮對紫外線(UV)的吸收效果,以Arduino組裝UV檢測儀檢測UVA、UVB的吸收值,並與市售UV強度計確認可信度。以水及酒精萃取食材發現常用食材都有吸收UV效果,其中柑橘類果皮和綠茶比過往科展的火龍果皮、蘆薈皮和咖啡渣效果更好。植物油中UV吸收效果最佳的是麻油,食材經油萃取後可提升吸收UV效果。防曬乳製作以水萃取綠茶3天及綠茶和水重量比1:3,搭配9種植物油萃取綠茶3天及綠茶和油重量比1:3,用油相/乳化劑/硬脂酸/水相重量比60:4:1:35,製出9種天然防曬乳,經自製UV檢測裝置評估後,發現防曬效果與市售防曬乳相近,也透過解剖顯微鏡觀察到油包水的圓球形微胞,證實此配方可成功製成防曬乳。

魔幻「膜換」洗潔晶球-點「冰」成晶之旅

本實驗想透過海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯反應包覆清潔劑,做出晶瑩剔透的洗潔晶球,並結合「無瓶水」概念改善晶球成型方式,運用反轉球化、二次凝膠球化,做出薄又堅韌的水球外膜;為克服洗潔劑影響海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯反應,及鈣離子會減弱洗潔劑起泡力等因素,我們絞盡腦汁嘗試,成功運用自創「核殼結構」、「全冰球」、「鍋蓋法」製程,也就是先用水結成冰球並燒熔出—中空洞後形成“冰殼”,再灌入洗劑做“核”,此核殼冰球再冰回球形冰晶時外裹乳酸鈣,再置入海藻酸鈉溶液,並運用二次膠化技巧再次與乳酸鈣溶液反應,製作包覆清潔劑的水球,使其在兼具環保、美觀、實用的角度下,呈現薄膜、擁有洗潔力並減少罐裝塑料的洗潔晶球。

「潔」我所能,「淨」你所想!—探討不同清潔方式之抗菌效果及其相關研究

肺炎疫情肆虐全球,學校因應疫情進行各項清潔工作,於是我們想研究哪種清潔方式的效果最好。本實驗以ImageJ作為影像分析軟體,接著設計洗手方式、清潔劑種類、洗手乳質量、洗手液濃度及其放置多天後實驗,最後將常見清潔液用於環境上等六個變因來探討抗菌效果。研究結果顯示洗手方式為「濕、搓、沖、捧、擦」,其中乙方式無特別限制「搓」的動作,有較佳抗菌效果;以酒精洗手抗菌效果為佳;洗手乳質量以1.8公克為佳;純洗手乳為最佳清潔濃度;放置25天後以D組濃度(洗手乳:水=1:2)的抗菌效果為佳;在環境清潔實驗上,不論清潔液種類皆具有抗菌效果,其中以酒精為最佳。

烘出新濕度 - 智慧3D列印線材存放箱

潮濕的3D列印線材會導致3D列印品質不良和失敗問題,我們將存放箱、防潮材料、加熱除濕等方式導入實驗變項,我們使用arduino開發板搭配DHT22溫濕度計量測數據發現: 1.塑膠存放箱內的濕度相對比紙箱和開放空間低 2.塑膠箱中防潮材質以乾燥劑的濕度最低 3.有鋪設鋁箔紙的塑膠箱中,在加熱效果相同的條件下溫度較高 4.塑膠箱中的溫度相對越高,濕度相對越低 根據以上,我們將有效的變項融入我們的3D列印線材存放箱設計,除了加入即時溫濕度環境介面,同時套用鋁箔紙鋪面、乾燥劑和加熱法來有效控制存放箱濕度。確保3D列印線材可以保持乾燥狀態,最終達到我們研究目的:解決3D列印品質問題。

天涼了,呵口暖氣在掌心 ―探討吹氣、呵氣造成溫度差異的因素

本實驗為探討造成吹氣與呵氣溫度差異的主要因素。不論是呵氣還是吹氣,氣體同樣由體內排出,但天冷時我們會選擇呵氣在掌心,感受相比吹氣更溫暖。根據前人研究,溫度差主要來自於「氣體絕熱膨脹造成的溫度下降」和「白努利定律造成的氣流捲入」。本研究模擬人類呼吸系統,依照人體生理控制氣流的總量、流速、氣壓差、溫度和濕度。實驗結果顯示,絕熱膨脹效應和氣流捲入效應並非是影響溫度差異最大的原因。在本實驗中,絕熱膨脹混和白努利定律造成的影響,至多使吹氣與呵氣相差0.7℃,再加上水氣造成的效應可使吹氣與呵氣相差1.7℃。因此,我們推論水氣是造成吹氣與呵氣溫差的最主要原因。

智能菜圃~利用多元控制及AI辨識技術協助蔬菜種植之研究

本研究主要探討不同土壤濕度、照度及施肥頻率等因素對蔬菜生長的影響,從研究發現若能在蔬菜不同的成長期給予適合的成長環境,可以達到促進蔬菜良好成長及節水的功能。另外本研究亦利用AI影像辨識功能,辨識出對蔬菜可能產生危害的鳥類或昆蟲,開發出一種裝置來驅趕這些害蟲,實驗結果確實能達成此一目的。故本研究結果若能運用於蔬菜的裁培上,一定能夠促進農業種植的發展。