全國中小學科展

第65屆--民國114年

AI無人機檢測系統在建築磁磚剝落風險評估中的應用

本研究開發了一套結合無人機、紅外線熱顯像技術與YOLO模型的建築物外牆磁磚剝落檢測系統。該系統利用無人機搭載樹莓派與紅外線雙光雲台相機,對建築外牆進行檢測,以精確辨識空鼓與水泥裸露區域。我們透過紅外線熱顯像技術識別牆面溫度異常區域,並運用YOLO模型標示裸露水泥區域,最終將標示後的圖像進行分析與疊合比較,以評估磁磚剝落風險,並生成評估報告。 此外,本系統整合了3D建模技術,以重建大樓外觀,並結合風險評估報告,直觀標記出具有磁磚剝落風險的區域,提升使用者對建築維護的理解與掌握。該系統 除了 能提高檢測的準確性與效率,還有效降低時間與人力成本,為建築維護提供可靠的數據支持。

頻率與微電流對小球藻生植力的影響

本研究使用磁場和微電流的刺激,分析不同頻率、特定頻率和不同電流強度的微電流對小球藻生長的影響。研究結果發現: 一、特定頻率微電流(7.8Hz、49Hz、528Hz)比無頻率(0Hz)微電流更具促進效果。 二、無意義頻率微電流(100Hz、200Hz、400Hz、800Hz、999.9Hz)對小球藻的影響可能因培養條件和電流強度而有不同的表現。 三、使用較大培養瓶需要較高電流強度,但太高的電流強度(1600μA和3200μA)反而抑制小球藻生長,顯示電流強度不是越大越好! 本次研究觀察到特殊頻率和微電流對小球藻生長的促進效果,為綠色科技應用提供了新的可能性。未來可繼續探討不同頻率對不同藻種生長的影響,並朝向更大規模培育,以及太陽能微電流頻率產生器的應用設計繼續前進。

以資訊熵策略解決Nerdle Maxi 問題:尋找最少猜測次數的演算法

本研究試圖探索如何將資訊熵應用於Nerdle Maxi,Nerdle Maxi是一款數學益智遊戲,類似於Wordle,但要求玩家猜測出一個數學等式。遊戲的核心在於考驗玩家以有限的猜測次數,通過猜測獲得的回饋,縮小可能等式的範圍,最終猜出答案。此問題涉及對資訊的處理,讓我們聯想到資訊理論中關於不確定性的研究。根據Shannon的資訊理論,資訊熵可以用來衡量一個系統中不確定性,從而幫助我們找出減少不確定性的最佳策略。參考文獻後,我們發現有尚無人嘗試的作法,並實作、壓縮了猜測次數,保證我們能在六次內猜重。再將其與文獻中用在Wordle的做法融合後,壓縮平均猜測次數至3.38次。

塑材過招 電子雲湧

研究主要在製作出具可塑性的材料,形塑成不同樣式以自製成摩擦起電的裝置,得以有更廣泛的應用。歷程中,研發了鑄模裝置、摩擦起電裝置、驗電器和測耐用性方法,以進行探究。在測試生活中多樣具可塑性的物品後,發現橡膠是不錯的材料,因此我們利用市售膠鑄模成多種膠膜,發現含 PVA 的材料和矽膠適合用來做成摩擦起電的材料,接著我們利用PVA 膠和矽膠,添加不同物質,自製複合可塑性材料,探討何種材料互相摩擦之後,可以形成較高的電力。發現史萊姆膠添加硫酸銅,和矽膠添加聚四氟乙烯粉有最佳的效果,且可以形塑成薄膜、立體狀或塗抹在物品上,能夠吸 引 多樣的物品。最後將自製複合可塑性材料,做成摩擦起電吸引塑膠微 粒、煙霧裝置,進行實際應用。

探討瓶內氣壓、溫度對光穿透模擬雲照度變化之影響-以金星與地球大氣為例

本研究分為兩階段實驗,實驗一欲探討改變氣壓與溫度對瓶中模擬造雲的影響。利用鹵素燈控制環境溫度、以打氣機改變瓶內氣壓,以光感應器測量光線穿過模擬雲氣的照度變化,探討模擬造雲的光學厚度變化。研究結果發現,氣壓較大和溫度較高時,產出模擬雲氣較多。以實驗數據提出經驗式,其中以改變氣壓對光照度下降之經驗式有最佳擬合結果。本研究提出之模型經驗證,最佳可得6.91%之誤差。 實驗二則在瓶中模擬金星大氣,改變氣壓和溫度,觀察模擬雲氣的變化。研究結果發現模擬金星大氣產生之雲氣較地球大氣多,且氣壓越高、模擬雲氣較多,在剔除極端值後,經驗公式之R2值可達0.99;而氣溫越高、模擬雲氣較少。實驗二之模型驗證結果佳,誤差為0.46至22.34%。

「風」形萬變:探討地形效應對風速變化的影響

本研究從老師在蘭嶼旅行時發現各地風速差異很大,推測風向和地形是影響風速差異的重要因素,進而探討不同類型地形障礙對風速變化的影響。研究方法包括製作蘭嶼地形模型及不同尺寸的地形障礙模型,利用風洞、風袋和熱線式風速計測量不同情況下的風速和風向。實驗設計考慮尺度問題,確保風洞流場符合大氣動力特徵。研究結果顯示,地形對風速影響複雜且多元,在自然界中,各種地形因素交互影響,形成複雜的風場環境。

探討鹼基錯配修復系統對相近物種雜交不孕的影響

本研究探討DNA鹼基錯配修復(mismatch repair,MMR)系統在釀酒酵母與奇異酵母雜交合子中的作用,並揭示其對雜交不孕的關鍵影響,具備了癌症研究及農工業菌株改良的潛在應用價值。由於兩物種之基因體序列差異大,雜交合子於減數分裂時產生大量鹼基錯配,活化MMR系統,導致過多具干擾性的同源重組產物,使染色體分離異常、孢子無法正常發育。本研究利用可在孢子壁表現三色螢光蛋白的酵母系統,並透過PCLB2-MSH2專一性抑制MSH2於減數分裂期間之表現,有效降低干擾性重組、顯著提升孢子存活率。研究結果顛覆傳統認為雜交不孕源於重組不足的觀點,進一步釐清MMR系統在遺傳隔離中的角色。

「環」環相扣:環氧樹脂剪切強度探討

本研究旨在研究環氧樹脂AB膠熱固化反應後形成的網狀交聯結構,結合其黏著用途,探討不同A膠與B膠的配比與不同固化環境是否會影響剪切強度。更結合不同儀器測量膠水性質,希望達到佐證的效果。在80°C時增加固化時間,各比例皆無明顯變化,而在改變溫度到100°C及以上,3:1的配比因環氧樹脂過多產生自聚反應使機械咬合更佳。後續的實驗得知膠水對不同材質的剪切強度與其表面能有關,且在膠水中加入橡膠微粒後,能提高分子可承受的最大拉力。

『壩』氣『石』足~探討影響調整型鋼管壩儲砂空間之研究

台灣發生「土石流」頻繁,所以興建防砂壩已經是常態,然而,大量的泥砂使得防砂壩儲砂空間飽和,降低攔阻效能。因此,本研究的目的,希望找出影響調整型鋼管壩儲砂空間的因素並提出調整模式,以因應 台灣多變的氣候環境。經研究結論如下:一、壩後淤滿時,透過反覆調整鋼管壩開口,可以增加儲砂空間率,壩體的再攔阻率也會提升14.2%;二、建議枯水期調整橫桿或縱材,利用豐水期增加壩後的儲砂空間;三、壩後巨礫+粗礫逐漸提高,不利於增加儲砂空間率;四、壩後淤滿有漂流木,會造成儲砂空間率大幅降低;五、我們提出調階段性調整鋼管壩,第(一)、拆除中央橫桿、第(二)、拆除縱材、第(三)、拆除加深模式,可以增加儲砂空間並減緩土石流的衝擊。 >

次方總和公式的拓展

本研究以推導Sm(n)=(n∑k=1)km 一般自然數m次方總和的遞迴關係為起點,並進一步將其轉化為巴斯卡三角矩陣中的線性方程組。透過使用消去演算法,發現Sm(n)的多項式係數不論m皆由白努利數列控制。接著證明白努利數bk的重要規律,推廣次方總和公式在非正整數的意義。再用次方總和公式來加總任何解析函數(平行加總泰勒級數),整理得Euler-Maclaurin 求和公式,然而此無窮級數通常會發散,透過數種技巧估計餘式項上界獲得最佳近似部分和,用以求巴爾賽問題(Basel Problem)的近似解至小數點後18位。