全國中小學科展

國中組

人人可上手的Direct Air Capture

本研究尋找生活中捕捉CO2的方法,並以Direct Air Capture(DAC)方式探討影響CO2吸收效果的各項因素。在測量方式方面,利用導電度檢量線測量較穩定且轉換數值方便,優於空氣品質偵測器或pH檢量線;在影響CO2吸收效果的各項因素中,溶劑以氫氧化鈣效果優於單乙醇胺與醋酸鉀,且氫氧化鈣濃度越高、風速越大,吸收 CO2的效果越好,但周圍CO2的濃度大小則不影響吸收度;此外,為了探討生活中最佳的DAC捕捉方式,以使用清潔海綿 (或吸附體孔徑約250μm)浸泡高濃度氫氧化鈣溶液來製作DAC捕捉裝置,並放置於有風處,其效果最佳; 孔洞過大或過小,吸收效率都會下降;海綿的碳酸鈣回收率為73.27%。

眾樂樂合成樂團

本研究透過運用AI技術輔助程式設計聲音合成器程式,以探索聲音波形生成與觀察分析聲音頻,實驗透過不同波形振盪器,並調控ADSR參數,與濾波器組合,我們用不同的合成方法,獲得各類樂器聲音的最佳合成參數,再以先前完成的自製樂器加以改進,透過Arduino偵測串聯電阻分壓電路傳遞琴鍵按壓的演奏訊號至電腦,再經由合成器運算合成輸出對應的樂音,藉由選定不同樂器模組實現樂團合奏。在研究過程中,為解決電腦端即時運算合成音色的耗時問題,我們預先合成並暫存不同樂器音色,提升演奏時的反應速度。最終,本研究在開源程式與AI的輔助下開發出一套支援多人即興演奏的音樂合成器系統,提供創新的音樂創作與演出方式,降低傳統樂器練習的成本與噪音問題。

上卡?不上卡? 自行車平台踏板、機械式卡踏與磁吸式卡踏的效率與安全性比較

卡踏與卡鞋是自行車運動中常見裝備。“上卡騎行”透過卡鞋與卡踏的鎖固或磁力吸附,提供6至9點鐘方向踩踏拉力,減少滑脫與力量流失。機械卡踏時有脫卡不及摔車報導;磁吸卡踏號稱安全脫卡,但缺乏實驗佐證。本研究內容包含(一)踩踏上拉力(二)平台踏板、機械卡踏與磁吸卡踏在不同坡度(0%、2%、4%、訓練台實境陡坡6%-10%)的效率、疲勞度比較及(三)2種卡踏脫卡安全差異。結果顯示上卡可提供踩踏拉力;騎行效率陡坡時顯著提升最高達14.13%,平地緩坡效率差異不顯著;上卡有助於降低相同踏頻下的疲勞度;脫卡安全方面,磁吸卡踏容錯率達100%,顯著優於機械卡踏的42.8%,有更高的安全潛力。

以Scratch為模型規劃最短逃生路線

本研究針對超市等室內空間中之逃生路線進行規劃,並利用Scratch建立模擬模型,結合曼哈頓距離與Dijkstra演算法進行最短路徑分析。研究旨在開發一套具效率的逃生路線規劃工具,以供空間設計與安全規劃參考。

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。

「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。

雙翅目昆蟲背部朝光反應(DLR,dorsal-light response)應用於捕蚊燈設計之研究

本研究探討雙翅目昆蟲(蚊⼦)對光源的「背部朝光反應」(DLR,dorsal-light response)在捕蚊燈設計的應用。根據2024年Fabian等⼈研究,昆蟲依賴光源調整飛行姿態,若光源位於下⽅,昆蟲可能翻轉墜落。因此本研究嘗試調整光源與電網相對位置,藉以了解捕蚊效率差異。更製作同時具垂直與水平網的雙電網捕蚊燈與僅有垂直網的單電網捕蚊燈進行⽐較。 研究結果顯示,垂直網與水平網的捕捉數量比例為2.57:1。⽽加裝水平網的雙電網捕蚊燈平均收集量為0.338克,單電網捕蚊燈為0.115克,重量比為2.94:1。本研究僅透過優化光源與電網的排列方式,即可提高捕蚊效率,可直接應用於病媒蚊控制。

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!

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。