全國中小學科展

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第64屆--民國113年

探討阻尼球對高樓的減震效果及影響

地震這項話題一直是我們在注意的,尤其更身處於板塊交界帶上,地震成為重要的課題,近年來有許多研究在對地震進行更地研究深入。本研究的目的在探討阻尼球置於不同的樓層高度後,施以人為震度後對建築物的減震及影響,我們自行製作地震台、建築物、阻尼球,並用Tracker拍攝搖晃的情況、用Phyphox APP紀錄加速度,將數據匯出程式並做出分析。 實驗結果顯示,對應對壓換算最小地震級數為3級,最大為5強。而每個地震級數都有對應較佳放置阻尼球的樓層。且將阻尼球放置在房屋模型6分之3處帶來的減震效果最佳,而其他情況仍有加裝阻尼球造成加速度增加的情況出現,而在能量轉移的過程中多為高層樓轉向低層樓居多。

捷運AI異物辨識及智能煞車輔助系統

台中捷運發生吊臂掉落,造成傷亡慘重。我們查找文獻缺失,利用機器學習Google Teachable Machine和數學相似演算法,做出AI異物辨識系統,解決捷運無法主動偵測異物的問題。經文獻得知,列車煞車需167m,我們透過鏡頭變焦和倍率放大提高辨識距離。用Mediapipe Holistic和角度比值演算法解決距離辨識的問題,做出險阻手勢AI辨識系統,解決隨車員和月台保全無法溝通的問題。用MQTT傳輸技術,設計無線控制按鈕,經由ESP32和L298N控制列車啟閉,減少隨車員尋找鑰匙等流程,錯失救援時間。此外,我們建置的系統將軌道沿線辨識異物,上傳Google雲端試算表,供政府進行預防措施。

形心與多個外接圓建構的幾何性質

2023年9月數學雜誌《Crux Mathematicorum》刊登有趣的三角形內心的幾何問題,我們先證明了原命題的長度性質,再創新刻劃出有趣的面積不變量。隨後將內心推廣到旁心、垂心與外心的建構,並且證明僅此四心的建構下才有長度與面積不變量。值得一提的是,除了前述的定量項目外,我們也發現四種建構下的三線共點之定性性質,同時刻劃四種建構的關聯性是漂亮的等角結構,這是本研究亮點。推廣到多邊形,我們發現本質的幾何結構為截線的角平分線性質(內心與旁心的結合),從而將此問題轉換成一般性問題,並給出了豐富的等長、等角、等面積之性質,以及連線多邊形恆為圓外切多邊形。

生成式AI與人類互動情緒之研究

本研究深入探討生成式AI在國語文課文中在情感分析與模擬方面的潛力。透過生成式AI技術,對多篇代表性課文進行情緒分析,並設計問卷收集師生的真實感受,結果生成式AI能準確捕捉和模擬文本中的情感,與師生實際情感反應極度相似。研究的獨特貢獻在於創新地將生成式AI與教育心理學結合,開發出一套量化的情緒指標評估系統,提升語文教育中的情感理解深度,並輔助教師設計更具情感共鳴的教學材料。此外,生成式AI在心理健康輔導亦展現潛力,幫助識別和管理學生的情感狀況,提供有效的情緒評估方式。本研究不僅對國文教育的情感分析精度具有重要意義,還為跨學科的AI應用研究提供新的理論和實證支持,為生成式AI在教育和心理輔導提供廣泛應用的前景。

「蛙」佇家—利嘉林道的蛙類生態初探

為了瞭解莫氏樹蛙(Rhacophorus moltrechti)會比較常停棲在什麼植物上及不同蛙調方式(目視和聽音)其結果會有何差異,我們選擇臺東縣卑南鄉海拔約1,000 公尺的利嘉林道為研究樣區,並分析2022年至2024年間7次蛙調資料。研究結果顯示莫氏樹蛙會停棲在月桃葉和姑婆芋等10 種不同的植物上,其對停棲植物的喜好度並不明顯。此外,聽音記錄到蛙類鳴叫次數與蛙類隻數皆大於目視的數量,尤其在2022年和2024年的1月氣溫較低的冬季,聽音次數明顯大於目視次數。最後,根據研究結果和楊懿如(2024)在青蛙學堂的文章,臺灣的蛙類在冬季低溫時活動力會下降,甚至挖洞躲藏,所以我們建議林道的主管機關,盡量在冬天或氣溫較低期間、蛙類活動力較低之時,清理林道兩旁植物,以減少傷害蛙類及其棲地。

百無一漏

研究探究找出最適合的漏水偵測器與安裝在最適合的位置,完整的系統智能邏輯判斷可以知道每個用水裝置的狀態或哪段水管發生漏水。模仿臺灣3房1廳1衛浴水管竣工圖自製家用水管路實驗模型,作品的Arduino偵測到漏水,優先自動開啟水管上的常開型電磁閥,停止水供應,再透過無線通訊方式傳訊息到屋主手機APP,明確告知屋主是哪段水管漏水。搭配電磁閥自動停水方便維修人員區域性維修,不需要整間屋子停水。藉由自製一套與臺灣水管竣工圖相同等級的作品實體雛形,進行各種不同的使用情境測試、記錄和分析後得到重要且有效的實驗結果。實驗結果證明本作品可以解決任何位置漏水的費時費力查修問題,並且提早停止繼續供水達到水資源環保不再浪費。

怕賠的我,把防禦力點滿就對了

股市投資涉及多元的因素和快速變動的市場趨勢,為了降低投資風險,我們希望找出個股適用的技術指標投資策略,因此本研究採用跨學科領域的科學研究方法,將財經和資訊科技兩大領域結合,使指標和程式交易相互配合,提高投資效率並降低成本。本研究使用個股適用的參數和組合進行回測,若回測有效,則系統將自動開啟網站進行交易。實作最初面臨策略難以靈活應變市場快速變化的挑戰,因此將原設計系統多次改良,以資料訓練的方式進行大數據分析,接著經由多階段篩選提高策略穩定性及降低投資風險。整體而言,本研究強調跨領域學習的應用,希望透過不同領域的知識,找出適合以技術指標判斷投資策略的個股,有效因應瞬息萬變的金融市場。

由紅螯螳臂蟹的趨光性探討高美濕地護蟹生態廊道之設置

在現代社會發展和生態保育衝突的氛圍下,設置生態廊道、幫助動物活動已成為社會文明程度的指標之一。本研究對台中市高美濕地的紅螯螳臂蟹之趨光性進行實驗,企圖建議設置生態廊道,用以解決大約30%的路殺機率之危機。我們在8~9月的繁殖季節,用Y字形迷宮和各色人工光源,對200隻以上的紅螯螳臂蟹進行趨光性和通道尺寸研究。結果發現:此蟹種極愛趨近1 Lux以下的紅光、不喜歡藍光,這和其他蟹種差異頗大。此外,此蟹種的運動喜歡截面積大約15 × 15平方公分的狹窄通道、也和當前的一些設計不同。這些結果對於護蟹生態廊道之設置極為重要。我們為高美濕地建議了一個生態廊道設計案、兼顧生態、教育、觀光的需求,並且符合SDGs的發展目標。

基於影像識別與感測裝置之坐姿偵測輔助系統

本研究旨在開發一套系統,判斷使用者是否久坐與使用電腦的姿勢是否正確,並即時提供回饋。此坐姿輔助系統僅需使用電腦內建視訊鏡頭以MediaPipe BlazePose影像辨識模型抓取上半身節點資訊,並透過雙腳穿戴micro:bit感測裝置取得腳部三維加速度值。研究者蒐集各年齡層不同姿勢下的數據,討論其差異並計算F-score值以訂立閥值,判斷使用電腦的姿勢。同時,研究者運用PyQt套件建立使用者介面,使得系統能夠進行個人化設定,並即時地提供回饋。相較現有研究,本研究所提出之系統更輕量化、方便使用且成本更低。

點穴止毒:精準控制細胞胞吞作用來抵抗病毒入侵

人類為對抗新冠肺炎,研發出疫苗以減少重症,卻難以阻隔病毒進入人體,且導致許多副作用。新冠病毒會結合細胞表面的ACE2受體再藉由胞吞作用進入細胞,注入相關分子或讓ACE2失活可減少病毒進入人體,但卻會嚴重影響ACE2原本的功能,因此我們想要發展精準抑制病毒入侵細胞的方法。利用囊泡黏合系統,我們成功地停止負責廣泛胞吞作用的Rab5囊泡運輸,但其無法抑制病毒進入細胞。接著我們將負責帶入病毒的ACE2囊泡停止在細胞膜周圍的微絲上,可以有效地抑制病毒進入細胞,且不會影響其他的胞吞作用,讓ACE2還可在細胞表面正常工作。我們成功地發展出新的策略去精準抑制病毒進入細胞,且能減少對其他功能的不良影響,此技術可望提供新的策略來對抗不同的病毒危害。