全國中小學科展

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第63屆--民國112年

頂刮刮-智能刮水車之探究

本研究主要探討如何製作出一臺智能刮水車,透過自製的車體連接刮刀,使用拉伸彈簧連接刮刀與車體,提供路面高低時的緩衝,與刮水時的拉力。經過實驗證明,使用雨刷搭配1 kg的彈簧拉力可以將積水刮開621公分,透過自製積水感測器,可以感測車輛是否通過積水,感測器安裝在刮刀前方,能有效的了解刮刀內是否有還有積水,搭配刮刀升降系統,在有積水時放下刮刀,在車輛行駛時刮刀上升,將刮刀摩擦力影響降到最小。透過電子羅盤定位籃球場的方位角度,自動修正刮水車前進偏移的問題,搭配量測車輛速率後,配合換算距離的方式,讓刮水車順利實現在籃球場上來回刮水的功能。

「油」刃有「余」-油甘果抗氧化力探討

油甘果中富含許多維他命C及多酚類等抗氧化物質,維他命C為油甘果中主要的抗氧化成分。由實驗數據可知,維他命C含量最高為綠茶(358.70ppm)、次之為臺灣凍乾粉(342.20ppm)、最低為印度凍乾粉(287.70ppm)。於螯合亞鐵離子試驗中,吸光度越低螯合能力越強,於95%及75%酒精萃取下,吸光度最低皆為為油甘錠(0.054A/0.104A)。總酚含量95%及75%酒精萃取,含量最高皆為臺灣凍乾粉(597.31ppm/545.75ppm)。於DPPH自由基清除能力試驗中,清除率最高的為臺灣凍乾粉(94.10%);清除率最低的為綠茶(57.25%)。本實驗透過數據分析,對油甘果進行抗氧化物質測量與比較。

以泡致淨~家庭廢水以自製泡沫分離裝置製造再生水

台灣缺水,家庭廢水也因含有清潔劑會造成環境污染,促使我們思考如何用簡單的方式來處理家庭廢水,讓廢水變乾淨,循環再利用。 本組查詢歷屆作品和文獻,發現有人利用泡沫分離法去除污水中的重金屬,但需添加其他物質來處理,而市售廢水處理產品多採過濾沉澱方式,不僅設備昂貴,也需不斷換耗材。後來我們觀察家庭廢水多含有清潔劑,其本身就有起泡特性,又看到魚缸的蛋白分離器結構可淨化水質,我們就進一步延伸自製出不用添加物質即可使用的泡沫分離器,延續去年北市科展作品,今年我們將裝置實際用來處理家庭廢水,實驗證明廢水變乾淨了,每秒最大處理流量約96 毫升,我們並自製腳踏式抽水泵,將處理後的再生水抽到馬桶水箱供沖水使用。

廢熱不廢,節能30%靠你了!

本實驗探討如何於居家環境中進行簡易廢熱利用,以達到節能目的—透過熱水降溫時所釋放出來廢熱,提高冷水溫度,並嘗試熱電效應將廢熱轉換成電能利用。 為了達到冷水溫度上升最多且所需時間最少的效果,我們嘗試許多實驗,最終發現利用保麗龍箱減少熱能散失,且使用少量水做為傳熱介質,再加上抽水馬達促進介質的循環效果最好,最高可在30分鐘內節省超過30%的能源。其他嘗試方法大多也能達到至少10%節能效果。若利用熱電效應回收廢熱,受限於熱電晶片現今技術,其回收效率不甚理想,最佳回收率僅約0.2%。 經以上實驗結果可知,在準備烹煮下一餐前,提早約30至90分鐘進行簡單廢熱利用,即有良好節能減碳效果,為環境盡一份心力。

愛粒沙砂—臺灣海灘大探秘

本次科展主題為探究屏東與臺灣其他地區海灘樣本的差異。我們選擇了具代表性的屏東地區海灘作為主要採樣點,利用數位顯微鏡比對外觀特徵,電腦影像軟體分析色調,透過篩網分析海灘樣本顆粒大小比例,並檢測其酸鹼性、硬度和KH等性質。 結果顯示,屏東和小琉球海灘主要由珊瑚、貝殼和少量有孔蟲殼體等生物碎屑組成,呈白黃色調;而臺灣其他地區的海灘沙粒主要由岩石碎屑組成,呈灰黑色。單位體積海灘樣本的重量測量結果並無明顯差異,水溶液的酸鹼值大多呈弱鹼性,TDS數值顯示不同區域的海水組成和溶解物有所差異,但屬於珊瑚砂海灘樣本的KH值平均超過10。這些差異是臺灣地理位置、河流侵蝕搬運堆積和沿海海流等因素共同作用的結果。

運用疾病軌跡搭配深度學習偵測胰臟癌風險

目的:在台灣,胰臟癌雖非癌症發生數最高,但85%為末期,五年存活率小於5%,有癌王之稱。如何早期偵測胰臟癌風險,一直是醫療上的重大議題。本研究運用時間矩陣搭配深度學習進行大量變數之胰臟癌風險偵測。 方法:健保資料庫收集國人疾病、用藥等結構化資料,可藉此反映每人健康狀態。將三年內診斷與藥物碼轉為時間矩陣,以卷積神經網路訓練,訓練組與測試組比例為9:1。 結果:共計案例組1095名及對照組10950名,訓練後測試組表現之AUROC(area under the receiver operating characteristiccurve)為0.937,六十歲以上及以下AUROC分別為0.846及0.897。 結論:結論:能將診斷、藥物、時間轉成矩陣,是以疾病軌跡預測胰臟癌風險,且能找到新特徵,未來搭配健康存摺,為低成本、快速、大量的胰臟癌數位快篩。

「攀繩猴」—山區救難運具的可行性

我們在生活科技課學到powertech競賽中各種仿生獸的設計與實作,因此發想藉由powertech材料包發展出一種可以攀繩的機械獸—「攀繩猴」。除了探討攀繩的材料種類及繩張力對於其運動的影響外,並且嘗試以各種變因,例如仿生獸的重心配置、攀繩猴的臂展長度、齒輪箱的變速齒比等,測試分析我們設計出來的攀繩猴。接著調整上述變因,來測試攀繩猴的競速、爬坡及負重能力。最後我們希望能攀繩猴在實際擔任救災運具時,能在模擬的惡劣狀況下,發揮其所具有的救災潛能。

奶奶的AI銀翼天使~高齡社會老人積極老化的「心」嘗試

2019年COVID-19肆虐全球,老年人社交及運動頻率下滑。2023年本縣邁入超高齡社會,「下流老人」成社會隱憂!老人如何積極面對老化帶來生理、心理及社交變化呢?即便疫情也能有正常體能活動呢?本研究探討嘗試結合Google teachable machine及OpenPose的AI姿態辨識功能,透過Python編寫智能人機互動軟體,提高老人運動效率。除了生理積極抗老化,也希望心理、社交層面予以滿足。故,研究中結合華德福教育優律思美運動,藉由舞蹈、詩歌及優美旋律引導老人心靈、提升動機。最後以自覺量表來記錄運動強度,期望能建立正面積極的老化社會,AI智能將像天使銀翼讓奶奶能夠再次翱翔。

「視」不可擋

本研究旨透過「三視圖」的認識與研究,利用「貼盒法」進行其反向思考,找到多生三視圖的種類與樣式、規律性及積木塊的極值,並推廣到4×4×4的方塊,甚至n×n×n。最後由顏色、數字的介入,使三視圖產生獨一性,並加以延伸其概念,發展出「數獨積木」的玩法。 在研究「三視圖」的過程發現到前視圖與右視圖的視角交會處的個數≤(前視圖視角個數∩右視圖視角個數)就會產生多生三視圖,極值也會隨著三同圖或二同圖等,規律有所變化。過程中不僅助於培養學生觀察能力、空間想像能力、形象思維能力和幾何直觀能力,對於發展空間概念,更是有一定增強作用,希冀透過我們發明的「數獨積木」可以讓這些概念更能夠被大家廣泛接受。

叱「渣」風雲-廚房廢渣再利用

學校五年級上學期的種植實驗中發現校園植物區的土壤太硬,因而思考加入廚房廢渣加以改善,但常見的廚房廢渣除了種植外,在驅蟲、吸濕、吸油也有效果,本研究選擇咖啡渣 、茶葉渣、蛋殼、甘蔗渣進行實驗。 研究結果發現:在種植方面,蛋殼與培養土比例2:8最佳,甘蔗渣與培養土比例3:7最差;而咖啡渣與培養土比例3:7及甘蔗渣與培養土比例2:8時,莖的生長長度最長;茶葉渣未觀察到因比例不同而不同的現象。廚房廢渣在驅蟲能力方面,咖啡渣最佳;吸濕能力方面,甘蔗渣最佳;吸油特性方面,甘蔗渣最佳。蛋殼除了在種植方面有耀眼成績外,在研究的另三項表現都最差。 經本研究探討這四種廢渣後,我們發現廚房廢渣一點也不廢,全是寶啊!