全國中小學科展

第65屆--民國114年

貓奴們別擔心-AI Discord幫你

本研究開發智慧寵物健康監控系統,融合熱顯影感測、AI學習、物聯網與邊緣運算,解決傳統健康監測無法即時數據化與預警的問題。初期以問卷與5W2H問題分析建構四大功能:體溫監測與AI發燒預測、糞便辨識與分類、飲食與飲水記錄、異常即時通報。 系統採用MLX90640熱顯影模組與ESP32-S3監測體溫,糞便辨識以Edge Impulse訓練模型,搭配ESP32-S3CAM實現即時運算。飲食行為由 HX711 與超音波感測器記錄,並同步推播至 Discord平台。分類模型參考獸醫建議導入布里斯托分類法,提升精準度。系統具備低成本、高精度與高度擴展性,展現智慧照護應用潛力。

光致變色螢光席夫鹼之合成及特性研究

合成亞胺化合物,抽充法容器除水除氧、分子篩乙醇除水及減壓蒸餾純化苯胺、克勞修斯方程估算蒸餾溫度。TLC偵測純度、計算Rf值並比較各結構極性。UV圖知SA於pH=6在383nm具吸收峰,酸化至pH=4則藍移至326nm,時間掃描測試證明SA酸鹼型結構轉變為瞬間快反應,計算定溫下K值,Van't Hoff圖求ΔH、ΔS,由ΔG負值證明SA酸化為自發反應。各結構λmax次序知芳香環對位助色團共軛延伸及化學反應性優於間位。聚集態時SA及SB2因抑制分子內旋轉螢光增強為AIE效應, SB1因π-π堆積為ACQ效應,各因素競合作用勝出者決定螢光強度,以X ray解晶結構確認內氫鍵的存在,導致SB1與SB2螢光發色相反的結果;合成錯合物Ca-L1及Zn-L1,不同pH下顯色具明顯差異並探討原因,以開發自製螢光pH試紙。

「硫」金鑠石—溫度與界面活性劑對反應速率定律式的影響

在本研究中,我們改變沉澱反應中鹽酸與硫代硫酸鈉濃度,測量在不同溫度或有無界面活性劑條件下,硫析出所造成濁度隨時間的變化。通過多次測量濁度與時間數據,我們推導出濃度、溫度、界面活性劑,如何影響反應速率定律式。 我們將儀器測得隨時間變化的濁度,也就是硫粒子的生成轉換為速率,再依據反應速率與初始濃度間關係,得到反應速率定律式中的各項數值及阿瑞尼斯方程式中的活化能E_a與常數A。最後我們利用分光光度計得出與濁度計相同的級數,並以粒徑分析儀確認與活化能變化數值相符。

探討O2、CO2與溫度等因子的變化對大刀屬螳螂生存之影響

本研究探討O2、CO2與溫度等因子的變化對大刀屬螳螂(Tenodera)生存之影響,以下研究簡稱大刀螳螂。結果一:7種野生環境O2最低平均19.79%、CO2最高438.57ppm,全罩環境CO2濃度平均最高1200ppm,且不吃不喝下平均存活了43天。當低O2平均在8.2%、CO2濃度6496ppm時,雄蟲呼吸速率增快經過6.47小時昏迷,最快0.48小時甦醒。結果二:8種不同環境溫度與行為,首度證實之前從未被證實過大刀螳螂體溫總平均高於環境2.79°C。第9種溫度實驗發現在40°C時,體溫總平均竟高於環境6.97°C,平均3分鐘死亡。

水漬別想賴著不走!—探討水漬不殘留方法之研究

水漬常見於日常生活中,許多人都因它難以清除,或因錯誤的清潔方式,使其變得更加明顯而感到困擾。我們可以藉由探究水漬殘留的因素,實驗各種清潔方式,進而找出最佳的清潔方法。 本實驗首先分析影響水漬殘留的因素,例如水的成分及擦拭方式。透過加熱石灰水,我們製作出水漬。接著,我們調配不同濃度的檸檬酸清潔劑,測試其清除水漬的效果。經過多次實驗,我們發現檸檬酸清潔劑的濃度比例為8公克檸檬酸比100毫升水時,清潔效果最良好。此外,我們進一步進行輪軸實驗,結果顯示,纖維長度越長、抹布孔隙越小,清潔效果越好。 本研究發現了清潔水漬的最佳方式,希望這些發現能幫助人們更輕鬆、有效地去除水漬,保持環境清潔,減少日常生活中的困擾。

鋸見AI-木工教學訓練機具安全防護之研究

科技課程中木工機具的安全問題備受關注。本研究整合視覺語言模型與手掌辨識技術,即時分析操作時的手部姿態,以判斷危險程度,並可傳遞危險訊號至智慧插座,自動控制機具停機,減少意外發生。其中實驗照片測試集共396張,涵蓋12種手勢與3種環境亮度(750、500、300流明),透過不同提示詞(Prompt1~Prompt6)改善鋸見AI的分類效果。並且最佳模型(Prompt6)在危險手勢的正確率達99.3%,警戒手勢89.8%,安全手勢86.4%,表現高度準確性。此外,手掌距離辨識在500流明環境亮度下的誤差低於0.5公分,可作為系統後端危險狀況停機的重要輔助依據。在教學應用上,系統能即時辨識危險手勢並成功切斷電源,平均反應時間約為170~200毫秒,展現出即時防護的實用性與教學輔助潛力。

「捲」動未來-摺紙仿小卷機器人之探究

我們觀察到小卷在水中移動時,若受到驚嚇或刺激,會以噴射方式迅速前進。基於此特性,我們設計並製作了仿小卷動力機器人,模擬其水中移動行為。寶特瓶小卷 模型皆採用水力作為動力來源,並以近似小卷的材質與比例製作,使其運動方式更貼近真實生物。完成初步實驗後,我們嘗試讓模型能像真實小卷般自行移動,因此運用校內的3D列印機設計零件。並且模仿小卷的動力,做出外殼,使用棘輪裝置收縮彈出產生速度,使仿生小卷能達到推進的效果。

貉不貉胃口–探討貉藻受不同鹽類及物理性微粒的影響

本研究探討不同鹽類與物理性微粒對貉藻褪色現象之影響與物質吸收情形。我們觀察到捕蟲囊表皮細胞有三種主要腺體,分別是內表皮的消化腺轉移細胞、四爪腺毛和外表皮的雙歧毛狀體。從餵食水蚤實驗中發現,貉藻不會主動閉合,因此以離心方式使捕蟲囊閉合住紅墨水,再記錄其褪色比例;過程中並推論捕食、分泌與吸收應為三個不同階段。鹽類半小時內,高濃度環境可加速褪色;實驗中PVC被觀察到可能吸附到葉柄,另外,一小時內,囊內、外有中濃度微粒也會加速褪色。由褪色實驗亦可證實外表皮的雙歧毛狀體對外在環境,不論是對鹽類滲透反應或是微粒的擴散作用,都具偵測能力。未來若能深入了解其囊體構造與觸發機制,將有助於仿生開闔裝置之研發。

生菜變色的秘密

蔬果收成後褐變主要由多酚氧化酶(PPO)催化酚類化合物,氧化產生醌,伴隨非酶促反應,聚合成深色色素。本研究主要探討台灣福山萵苣變色的原因及其緩解。首先,本研究觀察到莖和葉柄中的維管束最容易變色。接著,證實了鹼性環境會抑制PPO的活性,而抗氧化劑維生素C和還原型谷胱甘肽可以抑制褐變。研究進一步改良粗萃取的步驟,並以兒茶酚作為反應物,測量產物鄰苯醌的吸光質,量化PPO的活性。此外,也發現變色的細胞並不一定為死亡的細胞,死亡的細胞也不一定會變色。最後,配合組織切片,確認變色細胞較多的是木質部,而死亡細胞較多的是韌皮部。綜上所述,本研究證實萵苣變色的部位PPO活性較高,且可以利用抗氧化劑抑制變色。

巢居穴處—蟲菌穴分布特性與影響因素分析

為了解蟲菌穴分布特性與影響因素,我們以四十種木本植物為研究對象,先觀察各種葉片是否有蟲菌穴及數量多寡、歸納出六種類型、確認內部構造,並確認穴居生物以螨類為主;再分析親緣關係、不同脈型的影響;最後探討不同葉片大小、樹冠層高度及內外層、葉片成熟度等因素對蟲菌穴數量及型態的影響。結果發現,並非所有木本植物有蟲菌穴,脈型的影響較親緣關係明顯。平行脈都沒有蟲菌穴;側脈有較多分岔,蟲菌穴數也較多。種間葉片面積大小與蟲菌穴數無明顯相關。但小葉欖仁和茄苳的主脈長度與蟲菌穴數量皆呈顯著正相關。樹冠層越高、越外側,則蟲菌穴數越少。茄苳幼與成葉的蟲菌穴數也有顯著差異。茄苳葉在不同時期及不同部位的蟲菌穴型態都不相同。