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第65屆--民國114年

新型微生物燃料電池於能源再生及有機物降解之研發

本研究探討新型微生物燃料電池(MFC)於能源再生及水資源處理中的應用。MFC利用微生物將廢水中的有機物轉化為電能,不僅達到能源再生、低碳排放的的勢,, 可降解有機物、低產生電力等。本研究使用不含氟化物的煤灰陶瓷隔離膜,並對石墨氈改質, 以探討電極的材料(石墨紙低石墨氈低改質石墨氈低排布) 及表面積(3x3、低4x4、低5x5 cm²)對MFC產電效率及淨化廢水效率的影響。結果顯示,電極材質則以較貴的石墨紙表現最勢,但較便宜改質石墨氈在發電效果及去除污水的效率上皆接近石墨紙;在電極表面積為4x4 cm²時產電效率及淨化廢水效率最佳,顯示較小的表面積差異對MFC影響效果不大。本研究可為MFC在污水處理和能源再生中的應用提供了重要的數據參考。

「果」然有酒,過剩水果的發酵新生機

在這個計畫中預計透過發酵作用,將過熟或剩餘的水果轉化為酒精,以實現資源回收與環境保護。我們選擇含糖量較高的水果(如鳳梨、火龍果、柑橘、葡萄等),壓碎後加入酵母菌,在適當溫度下發酵,促使糖分轉化為酒精與二氧化碳。發酵完成後,利用蒸餾法獲得初步的蒸餾酒精。 此外,測試不同水果的酒精產量、溫度對發酵效率的影響,並分析蒸餾後酒精的濃度與產率。我們最終將驗證所得酒精的殺菌效果,探討其應用於日常環境消毒的可行性。由於有效消毒的酒精濃度需達 75%~78%,我們將進行多次蒸餾,提高酒精濃度,並記錄細菌與微生物的活動情況,以確認其可用性。此結果不僅能減少食物浪費,還能運用科學方法將剩餘水果轉化為有價值的清潔資源。

安西教練 - 教你投空心

本研究結合程式設計與運動科學,開發以Python為核心的投籃訓練輔助系統,用科學方法分析籃球投籃曲線數據,建立具回饋的訓練工具,幫助學生個人化訓練與提升表現。 研究採OpenCV電腦視覺技術追蹤籃球飛行軌跡,透過背景相減法,成功記錄了102顆 空心球的投籃軌跡座標,得到出手角度(平均49.35°)、入框角度(平均41.57°)及拋物線最高點(平均3.51公尺)等關鍵數據,並借助ChatGPT釐清分析方向與角度計算公式。 本研究利用攝影裝置結合電腦視覺分析,精準記錄投籃軌跡,透過數據分析得出空心球投籃的具體角度與軌跡特徵,成功建構以Python為 核心的投籃訓練輔助系統,為科學化訓練提供輔助機制,未來可擴展系統功能,納入更多參數或運動型態分析,提升系統的泛用性與準確度。

把我的Token還給我

在醫院到學校為新生進行體檢後,許多同學對檢查報告中的異常一無所知,紛紛向老師求助。然而,由於老師缺乏醫學背景,無法提供明確的解釋。這促使我們思考如何利用AI來幫助同學理解檢查異常項目。 最初,使用AI Agent-Coze創建了第一代機器人,但受限於AI算力,操作上限制很多。參加智慧物聯網創意應用競賽時,評審要求--花一年時間,換個方法再做一次。因此決定改用Python進行開發下一代機器人。Python不僅能處理和轉換數據,還能靈活實現各種邏輯操作。此外,以英文撰寫prompt,能有效減少翻譯成中文時的token消耗。 最終,成功開發了新版本的機器人。與Coze方案相比,新方法大幅降低了token使用量。根據保守估算,token消耗減少至原來的1/500,顯著提升了效率並達成實驗目標。

飛砂走石-探討石英砂在不同條件下可承受的最大重量

本研究探討砂子在不同條件下分別可承受的最大重量。經過簡單試驗後,就材料取得的合法性、便利性、穩定性等考量,我們選擇用市售不同粗細的石英砂(細砂9V、中砂5V及粗砂2V)作為實驗的材料。在實驗中,我們用不同粗細的石英砂,加入不同水量,均勻混合並分別定型後,經由自製裝置固定後在砂子上逐漸增加所施加的重量,探討砂子至崩塌前所能承受的最大重量。藉由實驗我們觀察不同粒徑的砂子在加入不同水量下可承受最大重量的變化,分析這些因素對於砂柱可承受最大重量的影響。此外,我們利用熱風乾燥法,證實砂柱在水分含量降低下,會破壞結構穩定性,導致砂柱的承重力降低。最後用自製設備利用重量法來探討液體表面張力對於砂粒的結構之影響。

擋水神器-特斯拉閥的探討

特斯拉閥是一種神奇的發明,能利用管路的設計,達成流體在一個方向上流動時阻力最小,而在相反方向上流動時產生顯著的阻力的目的,我們想要運用在阻擋水流來降低災害上,我們的研究有以下的發現:(1)特斯拉閥的進水口角度為40度及出水口角度為30度時,減流的效果最佳;(2)特斯拉閥的支流愈寬,減流的效果愈佳;(3)交錯型主水道略優於對稱型主水道,但結構較複雜;(4)水流愈強,特斯拉閥減流的效果愈好;(5) 水的溫度與鹽度對於特斯拉閥減流效果沒有太大影響; (6)前後排列支流的特斯拉閥效果優於平行排列支流,且支流數量愈多,減流效果愈佳。

橢球形柔性氣壓致動器的分析與建模

本研究透過實驗探討橢球形氣球與圓柱形氣球在受力狀態下長軸與短軸伸長量的差異。基於圓柱形氣球所建立的理論與公式,本研究針對橢球形氣球的形狀進行修正,以更精確描述其變形行為。因此設計了兩組實驗。實驗一施加不同負載,測量長短軸的伸長量,分析負載對氣球變形的影響,並與理想圓柱體做比較。實驗二在氣球外包覆編織網,觀察編織網對氣球在不同負載下伸長量的作用。通過比較兩組實驗結果,研究負載與編織網對氣球長短軸伸長的影響,進一步推導出相關的數學關係式。此關係式能有效描述氣球在不同形狀下的變形行為,為氣壓驅動柔性致動器提供更完善的模型,能提升實際應用中的控制精度與效能,促進其在機械、醫療器械等領域的發展與應用。

共頂點正多邊形共線蝴蝶對稱圖形性質及幾何不變量

基於Anubhav Mishra提出的尚未被證明問題:由基準三角形OAB之兩邊OA與OB生成共頂點O兩正方形,在兩正方形中選取兩組對應點,並做交叉連線相交於N點,則AB之中點M與O、N具有三點共線之性質(此線稱為共軛對稱軸)。首先提出此原題的不同證明,再推廣至正n邊形,並找到一般化的必要條件及廣義共線性質。 研究結果發現並證明:在正n邊形共線蝴蝶對稱圖形中,存在兩稜線在共軛對稱軸鉛直方向投影長相等,及其成形的臨界角範圍;蝴蝶翅膀種類公式、衍生類別及總數量;面積與稜線長的幾何不變量;基準三角形三邊對應之共軛對稱軸共點於其重心;當n為偶數,共軛對稱軸垂直特定共軛對稱點連線段。當n趨近於∞時,共線蝴蝶對稱圖形收斂到圓內接等腰梯形。

波中「針」意-電阻測量法應用於水波傳遞的探討

傳統水波干涉現象一般使用光學方法進行觀測,本實驗透過自製研發水波的電阻測量儀進行水波波速測量、水波干涉的波群現象及水波峰值衰減模式探討。水波週期差約10ms以下時,水波干涉使水位電阻產生波群現象,波群週期約為3.5秒。GGB模擬結果,波長差會影響波群的形成。振幅變化不會直接影響波群出現,波長差越大或太小,波群越不明顯。糖水濃度低於28%,不同波長的糖水波群週期、峰值衰減不隨糖水濃度改變,推測液體衰減性質與液體本身(水)的性質有關。透過水道內2組水位電阻測量儀,追蹤水波波峰或波谷經過探針時間,能準確有效的測量水波波速,結果顯示水位越深波速越快,與理論公式趨勢吻合。

「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。