全國中小學科展

第65屆--民國114年

移動式多功能非接觸救星-以人臉追蹤守護長者為例

本研究透過探討發現高齡化族群在肢體靈活度逐漸下降的問題,且在人們的生活中是不可或缺的需求就是「照護」,卻沒有非接觸式的工具能幫助到高齡化族群及協助照護者,如果將這樣工具放置在桌面、輪椅及病床,加上人臉追蹤鏡頭及人體工學的尺度,搭配自動調整符合每個人適合的角度並且隨時守護長者,因此我們設計出能隨時可以守護的「非接觸救星」。在研究中設計非接觸救星左右及仰角、人臉追蹤、LED燈光及外加功能等實驗,為最終設計之參考依據。透過研究之結果未來依照現階段科技及智能互連應用進行創意發想,並且時現在更多不同辨識下之情境進行守護及通知照護者,讓高齡化社會所面臨之問題可以得到更完善的解決。

「濕」在必行 ── 雨天對最大靜摩擦力的影響

連續雨天引發穿拖鞋上學是否安全的討論,我們發現課本裡對水與摩擦力的關係探討有限,因此透過實驗研究四種水量(0mL、5mL、30mL、67mL)下,不同類型鞋子(運動涼鞋、拖鞋、慢跑鞋、登山鞋)、地面材質(磨石子、標線、通學步道、柏油路)、重量(38g、500g、1000g)和鞋紋(樣式、數量、外框)與摩擦力的關係。結果顯示,在磨石子地上,拖鞋遇水就滑,應避免穿著;運動涼鞋、慢跑鞋、登山鞋相對防滑;柏油路防滑效果最佳,標線遇水就滑;重量可以增加摩擦力;沒有特定的鞋紋樣式能在四種不同水量下都有高摩擦力;鞋紋數量多和無框設計有助防滑。影響摩擦力的因素很多,未來還可以進一步研究鞋底材質與步行方式等的影響。

基於多項人工智慧之多模態失語症溝通系統探究

本研究開發了一個基於多項人工智慧技術的多模態失語症溝通系統,旨在提供失語症患者能提升表達自我和參與社交的能力的工具。系統以iOS App作為主體,接收環境影像、語音、唇語、手勢及情緒等多模態資訊後,透過大型語言模型產生完整敘述,再以語音合成播放。研究創新開發AphasiaSim-LLM生成高度擬真的模擬失語症語料,並以量化評估取代主觀評分,證實Gemini 2.5 Flash於語句還原表現最佳;此外亦建構了輕量級手勢辨識模型,並以ORB演算法優化關鍵幀提取;透過異步處理、FFmpeg影片取幀及輕量Flux文生圖模型等優化策略,最終完成能有效輔助失語症患者進行流暢溝通之系統。

從「碟仙」到「梅杜莎」-海月水母碟狀幼體養殖之探討

水族館中展示的水母缸,水母們優游自在的漂浮著,極受歡迎。但我們對水母的了解卻甚少,水母是很特別的生物,它有有性世代,和無性世代。當水母交配後,受精卵會孵化成浮浪幼蟲,浮浪幼蟲會固著在介質上形成水螅體,水螅體還會複製分化,當水溫變化超過攝氏4度,水螅體開始形成橫列型態,出芽分裂形成碟狀幼體,碟狀幼體再發育成水母體。 我們嘗試養殖海月水母的碟狀幼體(Ephyra)世代,除了瞭解碟狀體轉變成稚水母(Medusa)的變化過程,更嘗試做遮光與不遮光餵食餌料生物豐年蝦與輪蟲。發現遮光飼養輪蟲存活率最高,遮光飼養豐年蝦生長速度最快。此外我們還設計了不同溫度、鹽度與水質實驗,來了解海月水母碟狀體對環境的耐受度。

「過」關斬將-不再為髒污「碳」息

本研究探討過碳酸鈉在衣物污漬清潔中的應用,主要評估其對不同類型污漬和布料的去污效果。實驗結果顯示,過碳酸鈉對醬汁類污漬有顯著去污效果;但對油性污漬效果較差。本研究創新性地採用RGB 色差分析量化去污率,發現不同布料材質對過碳酸鈉的反應亦有所不同,內裡布和排汗布的去污率較高。最適清潔條件為40℃溫水與使用4g過碳酸鈉,過高水溫將降低清潔效果。此外,加入過量過碳酸鈉未必提升去污率。研究顯示過碳酸鈉有良好的去污潛力,並適合於日常衣物清潔,但仍應關注如何解決油性污漬清潔與布料損傷問題。本研究為環保型氧系漂白劑的實際應用提供了量化依據,其無氯、低毒特性更具環境友好優勢。

果凍視界:看不見的頻率,看得見的「聲影」

探討果凍效應與捲簾快門間的關係及其應用,動機源自雨刷在錄影時產生變形,研究目的包括:(一)「測量LED燈閃爍頻率」,作為計算感光元件掃描速度的依據。(二)「測量不同攝影設備的掃描速度」作為後續測量的依據。(三)「探討如何運用捲簾快門測量快速變化的物體」(明暗變化、轉動、振動)(四)嘗試以捲簾快門記錄聲音振動,呈現可視化聲波形狀。研究發現不同設備的掃描速度不同,也影響變形程度,選擇合適的設備可減少影像扭曲或更適合測量不同變化速度的物體,證明捲簾快門可作為測量光源閃爍頻率、亮度變化、風扇轉速、弦樂器頻率的有效工具,也能捕捉聲音的「形狀」,拓展其於科學測量與攝影領域的應用價值。

從雞爪定理發想

本研究發想自常見的競賽解題工具「雞爪定理」──三角形內心與三頂點構成的子三角形之三個外心落在其外接圓上。我們將條件更換為垂心和外心,關注連心線三角形,驚喜發現外心與垂心構圖具有巧妙關聯性!值得一提的是,其本質是三圓交於一點,隨後再將三圓交於一點進行一般化,利用此工具解決了2024 年加拿大數學雜誌的一道題目。我們將外心、垂心推廣成任意等角共軛點,利用反演變換證明七圓交於一點,此交點恆在原三角形的外接圓上,再利用連心線與公弦互換,給出四個連心線三角形的關聯性──相似與透視。最後迭作連心線三角形,得出其循環相似性質。整體而言,我們創新了研究項目,循序漸進刻劃出獨特且有趣的結果。

溫泉地理環境防治登革熱的模擬實驗與田間孑孓防治評估

隨著氣候變遷、外籍勞工湧入與疫區國家的接觸,登革熱成為衛生機關的重要挑戰。本研究旨在利用臺灣的溫泉地理環境,探討不同性質溫泉,能否有效減少孑孓數量。 本研究以新北市金山區特有的弱鹼性碳酸氫鈉泉、酸性硫酸鹽泉、酸性氯化物硫酸鹽泉以及海水為研究 樣本,進行模擬實驗及田間防治評估,以探討不同濃度及溫度之溫泉或海水對減少孑孓數量的效果與關聯性。 結果顯示,孑孓對氯化物硫酸鹽泉及海水的耐受性最低,其次是硫酸鹽泉,最後是碳酸氫鈉泉。此外,隨著溶液濃度的降低,其抑制效果顯著減弱。本研究得到結論為硫酸鹽泉及氯化物硫酸鹽泉有效撲殺孑孓,主要機制涉及高濃度酸性硫酸根離子與空氣作用,氧化為二氧化硫,干擾孑孓代謝,而達到撲滅效果。

「心」之所「像」─ 萬眾出「群心」

本研究以拿破崙定理為出發點,探討特殊三角形與其所構成的外接特殊圖形之間的幾何對應關係。我們關注三角形的外心、內心與重心所構成的「群心三角形」並進行其分析。 過程中,我們使用GGB進行圖形建構,建立不同類型的特殊三角形與四邊形所構成群心三角形。透過觀察與計算,分析兩個三角形之間是否具有關係並比較其面積比值。進一步地,探討旋轉角度對結果的影響,當外接的圖形發生變化時,群心三角形的結構性質亦會產生對應變化,並成功歸納出具規律性的關係式。 本研究加深了對三角形幾何的理解,也建立群心三角形在幾何理論探討中的新視角。此成果可作為幾何圖形研究的新起點,有潛力應用於生活上為未來幾何學的研究與教學提供了豐富的延伸空間。

以SLC35C1探討蛋白質醣基化-在甲狀腺癌惡性程度及與骨髓細胞交互作用的角色

本研究探討GDP-岩藻糖轉運蛋白(SLC35C1)的表現,對甲狀腺癌細胞遷移和癒合能力的影響,並探討甲狀腺癌細胞與骨髓細胞的交互作用。結果顯示,SLC35C1 在高惡性程度的甲狀腺癌中表現較低,且其表現量越高,遷移與癒合能力越低。我們發現癌細胞SLC35C1的活性增加,在骨骼環境中可提升ABCG1、ABCC2、ABCC3、BLVRA與HMOX1表現增加,增加膽紅素代謝,抑制噬骨細胞凋亡,進而促進了噬骨作用,加重了骨質的破壞。我們也發現 SLC35C1 可透過上調 MCSF 來促進噬骨細胞的分化並透過影響膽紅素代謝抑制噬骨細胞凋亡。根據這些結果,可推測骨組織可能透過上調甲狀腺癌細胞的SLC35C1,將未分化的癌細胞留在骨骼,並促進噬骨細胞作用,分解骨質,在甲狀腺癌骨轉移中扮演關鍵角色。