全國中小學科展

第62屆--民國111年

以新建構之卷積神經網路對腦部核磁共振影像執行多發性硬化症之判讀

現階段台灣有關多發性硬化症病灶分割相關研究付之闕如,但電腦視覺輔助醫療已日漸成熟。本研究新建構卷積神經網路,提出一套以深度學習為基礎,可自動辨識腦部核磁共振影像中,分割多發性硬化症病灶之人工智慧病灶判讀方法。本研究使用約翰霍普金斯大學影像分析與通訊技術實驗室授權提供之Longitudinal Multiple Sclerosis Lesion Imaging Archive資料集為訓練與測試資料,共151筆核磁共振臨床資料、39583744筆像素資料,並以IoU與dice係數為評估指標。經實證發現,本研究提出的方法,具有顯著IoU值,達0.8523,另dice係數亦較其他方法高,其值為0.9392,且在速度方面,禎數高達13.79。本研究成果未來可連結醫院之核磁共振影像資料庫,自動分割出核磁共振影像中多發性硬化症病灶,以利於早期診斷與治療。

潮鳴電摯

本研究主要探討台灣西部鹽楔型河川是否能進行鹽度差發電。首先找出最適合的電極材質,並運用不同鹽度搭配RO水,模擬上下游之鹽度差發電與不同鹽度的搭配組合,模擬表底層之鹽度差發電。實驗顯示此方法可行且我們又從中調整發電設置,配合潮汐調查愛河河段鹽度後,選定中都橋、願景橋、龍心橋,觀察表底層鹽度與實際運用愛河河水進行鹽度差發電實驗,考量發電功率與穩定性,最終選址於願景橋,進行表底層之鹽度差發電,並計算愛河河段鹽度差發電之經濟效益。最後我們比較前鎮河、愛河及淡水河在大潮時從乾潮至滿潮河川沿岸表底層鹽度分布,並實際進行河水表底層鹽度差發電,比較兩者發電功率及經濟效益。

菌抑之蜂-牙膏與漱口水的添加物成分對口腔環境的影響

本研究旨在瞭解牙膏及漱口水常見添加物成分對口腔環境及對牙齒的影響。本研究分兩階段,先訪談牙醫師,根據訪談結果進行問卷設計,並以問卷回收所得結論為基礎,朝菌易生酸,酸損琺瑯質為實驗假設,經採集口中細菌,分別培養於不同條件的氟化鈉、木醣醇及蜂膠水溶液中,連續追蹤3天pH值及細菌量;以pH計測量pH值;細菌量則追蹤LB菌液的OD600吸光值,以混濁程度推估細菌量;結果顯示蜂膠在抗酸及抑菌上,皆是三者中最有效的,且與氟化物或木醣醇混合後,能發揮更好的抑菌效果。最終經豬牙實測,蜂膠確實減少琺瑯質侵蝕,蜂膠+木醣醇混合液相較對照組能減少豬牙56%的酸腐蝕量。本研究比較三種添加物,發現蜂膠都屬最好,推薦用於平時的口腔清潔使用。

殼中生機──廢棄殼粉晶球戰勝重金屬廢液

利用身邊廢棄殼粉,包括蛋殼、花生殼及蝦殼,進行鐵、銅、鋅、鎳四種重金屬離子的吸附,藉由自製吸光度計、黃血鹽滴定重金屬離子形成錯合物,探討殼粉吸附重金屬離子的效果。結果發現,三種殼粉對重金屬溶液吸附能力為蝦殼粉>蛋殼粉>花生殼粉。蝦殼粉小晶球對硝酸銅的吸附率為220.0 mg⁄g蝦殼粉;蛋殼粉對硝酸鐵的吸附率為200.6 mg⁄g蛋殼粉;而花生殼粉對硝酸鋅的吸附率為112.5mg⁄g花生殼粉。不同殼粉對離子的吸附效果不同,蝦殼粉吸附能力為 Cu>Ni>Fe>Zn。包覆殼粉的海藻酸鈉小晶球吸附重金屬優於大晶球及純殼粉。包覆0.2 g蝦殼粉的小晶球,對硝酸銅的吸附較純殼粉提升約30.1%。第1型(純蝦殼粉)及第4型(蛋殼粉:蝦殼粉=3:1)海藻酸鈉小晶球對銅離子吸附效果最佳。

基於神經網路分析封城對民眾攻擊性情緒之影響:以美國為例

疫情期間各地家暴、離婚負面社會現象顯著增加,而攻擊性情緒可能是造成此現象的重要原因之一。如何快速掌握人們情緒變動,提供有效配套措施,為當務之急。本研究利用人工智慧神經網路模型,訓練其分辨攻擊性情緒,快速分析大量社群媒體資料。以此模型分析全美各地在不同時間發出的推文,即時判斷疫情下各地攻擊性情緒的變化,發現疫情開始後,整體攻擊性情緒急劇增加,且封城下的民眾相較未封城者呈更高的攻擊性情緒。再來,本研究以固定效應模型的統計大數據分析,證實封城與攻擊性增加之因果關係,為理解疫情中人們攻擊性情緒變化的成因作出重要貢獻。提供心理學或精神醫學大範圍、快速、低成本的研究方法,以快速掌握人們情緒模式,研擬對策。

淨塑小子-智慧家用洗衣機塑膠微粒清除系統設計之研究

觀察家中排出汙水中,近80萬條塑膠微粒來自洗衣間家用洗衣機。淨塑槽及鐵磁流體攪拌槽為滴濾式及攪拌式設計,組成家用洗衣機智慧塑膠微粒清除系統,濾網組使用物理性過濾攔截0.058mm以上的塑膠微粒,透過鐵磁流體攪拌器去除0.058mm以下塑膠微粒,八爪型攪拌槳大旋轉體積對於鐵磁流體與排水的混和均勻度最好,磁鐵與攪拌槳分離容易更換材料並便於進行鐵磁流體回收。Arduino掌控智慧節能系統及物聯網的運作,提供手機運作資訊,圖像式語言易於撰寫,透過伺服馬達轉動連結兩套系統,建構一套遠端監控智能運作的塑膠微粒清除系統,5分鐘可完成1.3公升之汙水清潔,聚酯纖維、尼龍、聚丙烯有接近100%的清除率。

家庭式簡易高效能精油萃取裝置研發

本研究以手邊可得家庭五金材料,自製簡易精油萃取機,以不同冷凝方法和機體結構,架設有效自製精油萃取機。不同於傳統畢氏冷凝法及水冷式冷凝法,自製風冷式冷凝裝置在機體上方設計小進口通入冷風,以鋁箔紙包覆不鏽鋼油漏形成冷凝夾層,應用氣體自由膨脹原理達最佳冷凝效果,萃取效率較市售裝置提升16%,但價格為1/10。以茶樹精油進行自由基清除測試及抑菌能力評估。實驗結果顯示,自製茶樹精油抗氧化力較市售精油高19~27%。抑菌測試可知,自製茶樹精油濃度100%組別,抑菌效果為75%乙醇之4倍。本研究研發之自製精油萃取機,可供一般民眾架設家庭簡易萃取裝置參考。

指紋中的性別密碼-寧海德林法最佳化與性別辨識之探討

本實驗有兩個主軸,一為探討寧海德林試劑條件的最佳化,另一則為探討以寧海德林法在指紋中分辨男性、女性指紋的可能性。從如何採取人體指紋開始,我們針對每個環節進行篩選,發現在流汗的狀態下指紋中有相對濃度較高的胺基酸。我們由警政署的寧海德林法配方做改良,亦加入了一些變因探討,最終將其應用於不同性別指紋的判別。另外,我們也嘗試模擬在不同材質表面留下的指紋,以求實驗的廣用性;亦在寧海德寧試劑中添加不同離子,期望可以透過顯色的改變以強化男性、女性指紋顯色的差異並以肉眼辨別之。雖然在不同材質的表面之應用與添加不同離子的試驗中結果不如預期,但本實驗仍提供一個簡易、辨識度佳的寧海德林檢測法,可以從指紋的顯色情形輔以影像處理來分辨男性、女性的指紋,亦可由此推測男性的指紋中含有的氨基酸濃度相對較女性高。

守護食品賞味期~RFID智慧標籤

本研究自製電解質電子標籤,結合物聯網(IoT)溫溼度及RFID傳感設備,以食品包裝內溼度與導電量變化及無線射頻辨識技術,進行食品最佳賞味期的判別。研究發現:食鹽電解質溶液導電佳,一般濾紙載體導電效果優,廚房紙巾載體電流傳導時間短,皆可作為電解質載體。電解質濃度越高,溶液或載體的導電量越高。電解質電子標籤受潮時間越長,水分越高,導電量越高,受潮一段時間後可以干擾RFID傳感器運作。廚房紙巾RFID智慧標籤干擾速度優於一般濾紙,保鮮盒包裝優於夾鏈袋包裝。導電量在明顯的受潮反應後逐漸平緩,一般濾紙RFID智慧標籤高於廚房紙巾,大尺寸包裝高於小尺寸包裝。運用自製之RFID智慧標籤及撰寫商品結帳程式可以守護食品賞味期,保障消費者權益。

多霜蠟鼠婦、光滑鼠婦的交替性轉向反應行為探討

本研究驗證多霜蠟鼠婦及光滑鼠婦的交替性轉向反應行為,並探討何種因素會影響此反應。結果顯示,兩種鼠婦皆具有交替性轉向反應,在95%信心水準下,有80%以上呈現此反應。此外,這種反應可連續發生,約87%的鼠婦在3次轉向中,至少連續2次出現交替性轉向。我們進一步探討影響轉向的因素,發現當轉向後移動距離增加,反應頻率就愈低,並且證明沿牆行走會影響轉向方向。最後藉由步態分析證明,鼠婦轉向時的步態與直線移動不同,內側的胸肢站立期比率較外側高,此與前人所提出雙側不對稱腿部運動(BALM)的解釋不同,且為支持此假說的另一項有力證據。