全國中小學科展

第65屆--民國114年

AI輔助手寫卷閱卷系統

本研究旨在開發選擇題手寫卷的自動閱卷與成績登記系統,以減輕小老師與教師在小考閱卷及成績登錄上的負擔。為改善選擇題手寫卷的閱卷方式,本研究結合手寫字辨識技術、雲端成績登記存放及網頁式查詢三大功能,開發AI輔助手寫卷閱卷系統。使用者設定考試相關資訊(如考試名稱與標準答案),並上傳答案卷影像,即可透過系統自動辨識答案且計算成績,並將結果即時傳送至雲端資料表,供教師透過網頁查詢。本研究成果可有效降低人工閱卷負擔,提升成績管理的即時性與便利性,期望為校園提供更高效的閱卷與成績登記方式。

Langford數列之探討

Langford數列為一種特殊的排列,本研究旨在探討改變Langford數列的不同參數,進而探討數列的必要條件以及是否存在結構規律,我透過奇偶性以及位移法兩種方法,得到數列各種情況下的存在條件。研究分為五階段:第一階段不改變數列條件;第二階段改變每數出現次數,以上述兩種方法分析其影響;第三階段改變數列最小數,計算並討論何種情況下存在數列;第四階段為整合以上三階段,使數列同時存在三種參數;第五階段為將數列以特定方式進行簡化,並且尋找其規律。

智慧定點式道路警示牌

在高速公路上,駕駛者若遇到車輛故障或事故,必須依照交通規定,在事故發生點後方100公尺處擺放三角警示牌,以提醒後方來車。然而,在高速公路環境中,車輛行駛速度較快,駕駛者下車擺放警示牌的過程中,極易發生二次事故。因此我們設計「智慧定點式道路警示牌」,本裝置安裝於公路路肩,透過網路遠程開啟。這樣一來就可以避免下車擺放警示牌的過程中發生意外。本次設計運用到Wi-Fi做為與雲端通訊之媒介,也達成了物聯網與雲端化。使用者可用網頁進行遠端開啟警示牌或在車內加入車禍自動回報系統,不僅如此,我們還可以用來檢視警示牌狀態。

ECO智慧校園

本研究利用樹莓派Pi 4B、PicoW及各式感測器建構校園環境的自動化系統。整體架構中以Pi 4B為核心,負責各項資料以MQTT 技術傳送交換及Node-RED做數據呈現,PicoW則控制著各感測器操作。首先,從三種形式的LED燈找出最適合做為教室智慧燈光的燈光源,利用光照度感測器讀取光照度值反饋給LED控制器,自適應調整LED發光亮度PWM值;再利用人體運動感測器做為燈具自動開關的依據。另二個PicoW連接PM2.5、溫濕度感測器及太陽能路燈、水泵,隨時偵測校園環境的PM2.5值及溫濕度並自動化操作各設備。最後,以平板載具即時顯示各設備狀態,以可視化web界面觀察教室內燈光及校園內各項設備運作情形。

從芝山岩出發探討臺灣北部老地層

本研究從芝山岩周邊地層為起點,針對臺灣北部五指山層、木山層及大寮層進行分析。透過實地調查、數位顯微鏡分析與粒徑篩選,評估各岩層沉積岩顆粒的粒徑、圓度及淘選度,並重建其沉積環境。結果顯示,五指山層粒徑最大(0.5650−0.8937mm),淘選與圓度皆最低,反映其為搬運距離短的河道到濱海沉積。木山層粒徑居中(0.2786−0.5836mm),淘選與圓度中等,符合濱海環境特徵。大寮層粒徑最細(0.096−0.1749mm),淘選與圓度最佳,並含化石,證實其為經長距離搬運的淺海沉積物。此外,顆粒粒徑與緯度呈現關聯性,越往北粒徑越大,暗示中新世期間沉積物可能自西北向東南搬運。本研究亦提出簡易沉積岩粒徑辨識流程,可應用於地層判讀及野外調查。

「藜」「鎖」「碳」「染」-結合染敏技術與碳轉化的光碳複合電池

本研究製作新型染敏電池,分為四大部分:一、正極材料改以易取得的石墨片來代替傳統燻黑奈米碳;二、製作膠態電解質來減緩電解液的蒸發與滲出;三、染料採用農業廢棄物-台灣藜殼,以75%的酒精當溶劑,利用微波輔助來萃取色素,提高萃取的效率,並將染液調配成pH=4.8左右,其發電效益有最好的表現;四、負極材料採用奈米級的二氧化鈦,搭配醋酸、Triton X-100,並在添加硫酸銅後,電池發電效益增為1.43倍。歷經改良後製得的第三代電池,是利用碳膠銅網電極做為正極材料,製作出可捕碳的染敏電池-光碳複合電池,照光後的最高開路電壓可達1.120V,最高短路電流為0.622mA,此電池能在利用太陽能的同時,同時捕捉空氣中的二氧化碳,希冀藉此達到永續環保的新理念。

AI星捕手-人工智慧探索小行星之可行性研究

本研究探討將AI技術應用於小行星辨識的可行性,並與傳統影像處理方法進行比較。初期使用專家提供的觀測資料,每天針對同一區域拍攝4張照片,並與傳統OpenCV差分結合霍夫轉換等方法進行比較。雖然AI模型具備較佳辨識能力,但對於亮度較低或移動速度較慢的小行星,仍易錯失目標。為提升模型表現,我們採用「連續拍攝疊圖模式」作為改進策略,透過短時間內連續拍攝影像以及影像疊合處理,並加入高通濾波、高斯模糊等機制,進一步強化小行星的移動痕跡與整體影像清晰度。訓練結果顯示,mAP@0.5有效提升至85%、精確率高達90%、召回率亦提升至75%。此外,我們的實驗成果也可作為未來有意導入AI技術從事小行星搜尋任務的機構或團隊在設計拍攝計劃時的重要參考依據。

工業廠房作業人員智慧型即時安全監控與危害預防平台

本研究旨在開發一套以影像辨識為主、結合生理徵象監測之「工業廠房作業人員智慧型即時安全監控與危害預防平台」,以實現對作業人員 的即時保護與風險預警,成為基層勞工免於職災威脅守護者,保障工作權益的最佳防線。 此平台具備多工作場域模組化功能,首先以重電設備場域作為研究起點,透過有限狀態機(FSM)架構,系統性地建立作業流程的狀態圖。平台結合YOLO模型於狀態圖之啟始狀態進行防護裝備穿戴辨識,預防狀態之設備通電警示,作業狀態則以長短期記憶神經網路(LSTM),搭配心率與聲音感測器偵測。 此外,本研究亦於車床機械與高處施工場域展現良好的監控預警與可擴性成效。未來期望進一步推廣平台至更多工業環境,提升整體職場安全管理之智慧化。

木瓜籽內幾丁質酶之探討

本研究旨在探討木瓜籽中幾丁質酶於防黴與抑制病媒蚊(白線斑蚊幼蟲)方面的應用潛力。研究初期將木瓜皮、果肉與籽分別萃取,噴灑於吐司表面後觀察黴菌生長情形。結果顯示,木瓜籽液具顯著抗黴效果,優於果皮與果肉,推測因其富含幾丁質酶可抑制黴菌細胞壁形成。後續實驗發現,木瓜籽經新鮮、烘乾與烤乾處理後仍具抗黴活性,顯示成分具耐熱性。進一步將其揉入麵團製成吐司,也能有效延後發霉時間。針對白線斑蚊孑孓進行測試,發現木瓜籽汁可使其迅速死亡,呈現良好殺蟲效果。分層實驗結果推測具活性成分分子量大於30 kDa。期望本研究可作為未來木瓜籽應用的參考,推動廚餘再利用與零剩食理念,為環境永續盡一份心力。

人工智慧 A Eye 行人守護星-禮讓行人號誌燈的探究與實作

為降低車禍發生率並改善行人穿越馬路的安全問題,我們設計出結合人工智慧影像辨識技術的「禮讓行人號誌燈」系統。透過Pixel:Bit開發板的攝像鏡頭進行行人偵測,系統能有效辨識人類與其他物體的差異,當偵測到行人經過斑馬線時,上方的黑色螢幕會亮起警示燈,同時地面斑馬線也會發出燈光提醒,讓駕駛提前注意,主動減速禮讓行人。我們先透過測試不同距離的偵測條件,建立模型,接著模擬實際馬路情境,進一步優化設計。本研究除實作硬體裝置外,也結合AI協作程式,實現完整功能的原型系統,期望能應用於未來智慧交通建設中,提升用路人安全與行人通行品質,讓人工智慧A Eye禮讓行人號誌燈守護你我安全,讓「行人地獄』的惡名不再有!