全國中小學科展

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佳作

有「膠」無痕-乾式膠帶的製造

市售膠帶為了讓黏性增加會塗上黏膠。本次科展我們研究製作可重複用無殘膠的乾式膠帶,其實驗分為如何製作乾式膠帶,以及比較校內樹葉、生活用品與塑膠材質為模版製作的膠帶。實驗結果發現便宜的白膠可做為乾式膠帶的主要原料;而表面越光滑平整的樹葉所製作出的膠帶掛重會越重;生活用品以塑膠材質做出的膠帶掛重最好;我們也發現塑膠模版分子含有氧原子或具極性所製作的膠帶掛重較高,其中又以聚乳酸(PLA)作為模板所製作的乾式膠帶掛重最佳,單位面積掛重為415g/cm2。為了取得方便,我們以聚碳酸酯(PC)為模版,將白膠加入適量過濾水所製作的膠帶掛重最高(單位面積掛重>541.83g/cm2),最後我們也將所製作的膠帶成功黏貼在鐵櫃、冰箱、白板、磁磚上掛重。

以Seq2seq模型實現論文心智圖自動生成工作

做研究時,經常需要閱讀多篇長篇論文,如何快速理解並歸納重點是影響效率收益的關鍵任務。針對此問題本研究運用深度學習配合其他程式算法輔助。將整個問題拆解成三個主要部分:模型處理、結構剖析、心智圖輸出,模型處理的部分我們訓練了三種不同的Seq2seq模型實現文本摘要,分別使用LSTM、BERT、ALBERT、比較並選擇綜合效益最好的模型;而負責拆解論文的結構剖析系統,則利用論文目錄分解整份論文,最後,心智圖輸出系統則整合剖析系統與模型結果,再調用Xmind API去生成架構清晰易讀易理解的論文心智圖。

Where are you-家用室內定位系統

本研究利用藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy, BLE)裝置、Arduino IDE程式、ESP32微控制器等,製作一套室內定位裝置,如家中為四房,只需一主機、四偵測器,利用家中的網路孔連接,就可以藉由主機知道家中成員的所在位置,萬一他(牠)們進入危險區域時,會發送LINE訊息及警示音,提醒使用者。

細胞運算-於康威生命遊戲的自動化數位電路設計方法探究

「康威生命遊戲」是一款在1970年由劍橋大學數學家約翰•康威(John Conway)發明的單人遊戲,由棋盤構成的細胞組成,可以模擬邏輯閘元件,並且可以構建簡易計算器。 研究者在建構加法器和減法器的過程中,發覺手動放置電路元件非常耗時費力且容易出錯。為了解決這個問題,研究者決定開發一個能自動擺放元件的程式,以節省布局和放置元件所需的時間。參考了電子設計自動化(Electronic design automation)的概念,使用Python語言結合康威生命遊戲的應用接口模組,開發了一款自動電路布局程式。只要輸入邏輯電路的布林函式,就能自動設計、布局和放置元件,大大縮短了製作邏輯電路上的時間成本。因可直觀地展示訊號的傳遞和邏輯閘的運作,也有助於學生理解邏輯電路的運作原理,應用於教學。

塑土成筆,筆筆出色

市售的黏土經塑形後,只能當擺設而不能當色筆使用。因此本研究想依黏土混色比例做造型,且黏土乾了又可當粉彩筆使用,以實現黏土再利用的價值。實驗發現: (1) 若以市售各式白色黏土直接添加染料混合,乾燥後仍無法製成色筆。 (2) 若以2:1的高嶺土與碳酸鈣混合,添加礦物染料或植物染料和適量的純水,除了可 調製成塑形黏土,還可當粉彩筆、水彩和粉筆使用,而植物染料則以蘇木效果最佳。 (3) 若添加不同比例的澱粉類黏著劑,可製作出硬式和軟式等不同特性的粉彩筆。 將本研究研發的紅、黃、藍、白黏土,依不同比例混合,可製作不同色相、明度和彩度的色筆,實現動手自製色筆的樂趣,也可用於板書與不同風格的作畫,既經濟又實惠,非常值得推廣。

複數平面解析應用-西姆松線之交點軌跡性質探討

本文主要探討的問題為:當三角形以其外心旋轉180°時 (我們稱之為對徑三角形),將此外接圓上一動點P對兩對徑三角形分別做西姆松線,當P點在外接圓上轉動時,兩西姆松線的交點軌跡為何。我們將西姆松線放在複數平面上來分析,推得這兩條西姆松線會互相垂直,並且它們的交點軌跡為一橢圓,此橢圓會相切於兩對徑三角形的六條邊,因此我們將此橢圓稱作這兩對徑三角形的「六點橢圓」,並探討這個橢圓的性質。 此外,我們也解出了斜西姆松線的方程式,並討論當改變對徑條件和旋轉對象時,兩西姆松線的交點軌跡方程式與圖形。我們發現了這些交點軌跡圖形都能對應到圓次擺線。

彰化市電動機車暨電池交換站之探討

本研究旨在探討彰化市電動機車的發展與能源補給站的設址問題。一則用問卷針對消費者的電動機車購買決策加以分析;二則以訪談分析傳統機車行對電動機車投入市場的看法;三則分析產品生命週期為成長期。無論消費者或機車行,皆提出電池交換站不足的問題,要讓電動機車市場邁向成熟期,增設電池交換站是關鍵,我們試圖以地理資訊系統的空間分析功能,找出新設電池交換站的最佳區位,研究結果可供後續研究者或政府機關在研擬相關決策時參考,希冀打造低碳城市,實現綠色運輸,達成永續發展。

「救命」的安全平網~降低落下人員傷害的設計

當球落下至安全平網時,彈簧秤、繫繩角度,以及網面都會有變化。我們先製作不同設計的安全平網網體,利用彈簧秤測量繫繩拉力,再利用雷射筆反射軌跡法測量球落下的衝擊力,並利用Arduino連接超音波測距器來測量網面下陷程度,驗證雷射筆反射軌跡法的準確性。再來我們利用球的位置變化來算出有、無安全平網時的衝擊力,並用透明塑膠球裝顏料水觀察受力情形。實驗結果如下: 一、球由越高的高度落下,衝擊力越大,水的震盪越明顯。 二、衝量越大,衝擊力不一定越大。 三、有安全平網時,會比直接撞擊桌面、軟墊還安全。 四、理想的安全平網是以較有彈性的材質做為邊繩、外圍框架撐平網面、繫繩數量較多、適當大小的網面,以及網孔稍小為佳。

探討流動珠鍊於平面上產生彈跳的現象

本實驗為探討流動珠鍊產生彈跳現象之物理機制,分成燒杯內的彈跳行為及平面上的彈跳行為。我們研究發現,反作用力無法解釋珠鍊於平面上落下時仍會產生彈跳現象。實驗顯示,珠鍊掉落的高度越高,珠鍊的流速就會越快,當珠鍊流速達到一定值時,將會發生珠鍊彈跳的現象,這在珠鍊處於燒杯內及平面上都是一樣的結果。平面上珠鍊的擺設轉折處將會影響珠鍊是否發生彈跳現象,取決於珠鍊的擺設是否有多次轉折。轉折數越多、越集中,將越容易發生彈跳。藉由高速攝影機錄影大量觀察珠鍊彈跳現象,發現珠鍊在移動彈跳的過程中都會產生扭轉的行為,而且扭轉都會呈現類似S型的形狀,此增加珠鍊的支撐力道,造成珠鍊彈起的現象。

探討MPT-Cy2作為活性氧類(ROS)指示劑之利用

MPT-Cy2是一種容易與自由基發生反應的化合物,並產生如顏色及吸收光譜改變等變化。故本研究嘗試利用此特性,探討將MPT-Cy2作為活性氧類(ROS)指示劑的可能性。 實驗第一部份成功由硫化二苯胺合成出MPT-Cy2,並由電噴灑游離質譜儀(ESI-MS)與X光單晶繞射儀(X-ray)證實其結構無誤。 第二部份的實驗首先利用過氧化氫與亞鐵離子進行芬頓反應(Fenton Reaction),作為氫氧自由基的來源,再探討MPT-Cy2與氫氧自由基反應之特性。實驗結果顯示,在電子順磁共振光譜儀(EPR)與紫外光可見光光譜儀(UV-Vis)的光譜圖上,皆可證實MPT-Cy2確能與氫氧自由基產生結合反應。其中MPT-Cy2與過氧化氫之莫耳數比例為1 : 10000時反應速率最快,且結合反應能持續至830分鐘,未來可望作為活性氧類(ROS)指示劑。