全國中小學科展

國中組

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。

風水輪流轉-探討颱風和季風共伴效應對台灣降雨的影響

本研究探討颱風與東北季風共伴效應對台灣降雨及災害的影響。透過歷年颱風案例發現,共伴效應可能會導致多地嚴重淹水、道路斷裂、人員傷亡等災害。本研究自製雨量模擬實驗平台。模擬結果顯示:颱風從不同方向接近,降雨分布不同:當颱風從東北方接近台灣時,東部、北部雨量較多;颱風從台灣東方接近時,東部的雨量較多;颱風從台灣的東南方接近時,南部的雨量較多。單獨模擬東北季風時,台灣北部雨量最多,其次是東部,把東北季風的降雨量和颱風的降雨量相比,東北季風帶來的雨量較多。在共伴效應模擬時,實驗結果有兩種可能:颱風和東北季風產生共伴效應,使東部和北部的降雨量增加;東北季風風速增加,可能會破壞颱風結構,使雨量減少。

「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。

綠色協奏曲~咖啡渣與吸音棉共築板擦機的「無聲潔靜」

本組自製壓克力立體箱,由聲音頻譜分析儀得板擦機頻率580、1160、4060Hz特定聲波,以藍芽喇叭控制上述三種頻率,測試多種吸音材料,研發創新吸音棉+咖啡渣+吸音棉三明治複合材料,展現卓越降噪效果。增加咖啡渣厚度有效減弱聲音,厚度達3.12公分以上,隔音效果不明顯;在3.57公分下,重壓提高孔隙密度,進而從68分貝降至55分貝達13分貝(19%)。 由以上研究結果,設計板擦機外部隔音罩,內部黏貼此複合材料,兼具隔音與防灰逸散功能,從110分貝降至65分貝減45分貝(40%),降噪效果顯著,並申請專利中。研究成果應用在家電馬達,延伸隔音牆建築上。實踐變廢為寶永續精神,展現低成本創新環保降噪解方。

消波~快!2.0

延續去年的實驗做進一步的改善與測試,這次我們新增浮動式的消波塊觀測其消波的情形,實驗過程中,在無精密儀器下觀察波速與波高,是一件令人感到棘手之事,所幸目前影像分析技術大行其道,因此本實驗的觀測資料均由電腦影像分析輸出並整理。固定式消波塊的實驗結果蠻符合我們的預期,能以簡單的消波塊結構達到消波的功能,實驗數據顯示出原本岸邊的最大波高,可銳減至原有的三分之一左右,效果驚人,真的是消波~快!反之,浮動式消波塊的結果與預想有一段落差,最大原因是消波塊隨著液面升降,上方無足夠的水體產生足夠大的水壓,因此無法順利引導水流通過洩壓裝置,導致消波結果不如預期。

危機蟲蟲—基於 Inception v3 的害蟲影像辨識與數據優化研究

本研究針對農業害蟲辨識數據集的優化進行探討,旨在提高深度學習模型的辨識準確度。隨著科技進步,人工智慧在害蟲識別中愈發重要,但現有數據集面臨數據品質不良、樣本偏差和錯誤標註等問題,影響模型的可靠性。研究主要分為三個部分:首先分析現有數據集,探討樣本數對分類準確度的影響;其次優化數據集,通過刪除拼接和錯誤圖片、重複圖片等,提升數據質量;最後實際應用模型,開發一套害蟲辨識系統。實驗結果顯示,增加樣本數和改善數據質量顯著提升了模型的準確率,並且開發的介面可協助用戶即時識別害蟲。整體而言,本研究不僅提高了農作物的病蟲 害防治效率,還為未來的害蟲識別技術提供了有價值的參考。

舞動熱流-探討熱量在流體中的傳播

本研究探討熱區與冷區在水中造成的對流與擴散現象,並以水蒸氣柱模擬氣旋中心熱氣流及颱風眼內部結構。結果顯示,熱區擴散速度隨溫差顯著上升,冷區則變化較小,呈現不同的對流型態。進一步量測蒸氣柱風速與垂直溫濕度分布,發現風速於一定高度出現「零風點」,其高度與蒸氣柱直徑呈比值約為7。此區為熱對流動能轉弱之處,對應氣旋眼牆的無風層。最後導入外圍切線風,成功建立具對稱性之旋轉風場,重現類似颱風眼牆的氣流結構,為理解熱帶氣旋的垂直環流提供可驗證的實驗依據。

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。

神秘的三角格局:塗色規則下的奇幻案圖

本研究在探討數學雜誌《Crux Mathematicorum》2024年公告的題目MA 288.所產生的方格紙圖案分布的規律。我們先解開該題,並透過繪製與分析不同大小的圖形,觀察圖案的規律,並利用此規律求出第 𝑛 列及前 𝑛 列綠色方格數的遞迴關係與一般式。 我們發現在𝑛×(𝑛+1) 的方格紙中,當𝑛為2的次方時,綠色方格圖案會形成一個類似謝爾賓斯基三角形的完整三角形,且每當𝑛增加2的1次方時,綠色方格圖案會利用自我複製的方式形成新的圖案。因此可以把𝑛轉換成二進位的表示法,利用二進位中1的位置與數量推論出方格圖案的樣貌與綠色方格數。 除了利用塗色的方式觀察規律外,本研究還將原問題條件轉換成不同的敘述,方便利用excel繪製圖案,將問題推廣到𝑛×𝑚方格。

舒肥雞肉的奧秘:溫度與時間的完美平衡

近年來健康飲食越來越盛行,本實驗主要是想要探討若以舒肥法來煮雞胸肉是否可以在一般家庭裡就可以簡單烹煮,不一定需要買昂貴的舒肥機。實驗裡,我們以全聯就容易買到的雞胸肉和多數人家裡就有的電鍋來做舒肥雞胸肉,目的是為了求證舒肥機業者所說的「雞胸肉不能用電鍋煮熟」是否為真。依據我們所做的實驗結果,即使我們只以電鍋50℃熱水烹煮,加熱20分鐘即可除去絕大多數的生菌,加熱1.5小時以上即可煮熟雞肉,我們成功證實以電鍋搭配簡單溫度控制器即可以製作美味的舒肥雞肉,達到與舒肥機一樣的效果。