全國中小學科展

佳作

盲人眼鏡

對視障者而言,一般人習以為常的行走也變得十分困難,本研究希望透過電腦視覺充當他們的靈魂之窗,提供視障者更友善且能夠提升交通安全的輔助裝置。本研究使用樹莓派搭配網路攝影機與光達感測器接收影像與距離資料,將資料傳至伺服器後利用物件辨識演算法辨識障礙物種類,並辨識結果與距離回傳至樹莓派,當前方出現障礙物時,裝置能透過耳機即時發出警示音告知使用者。本研究也透過雲端減輕裝置運算負擔以達成減少耗能及縮小裝置體積的目標,讓裝置能夠像眼鏡一樣讓使用者得以辨識前方物體的種類與距離,輔助視障者避開行走路徑中的危險,進一步保障使用者的安全。

手助健康~具保濕、抗氧化、防曬多功能「乾洗手液」之開發研究

衛生福利部宣導75 %酒精能預防新冠病毒,但頻繁使用酒精卻易造成手部乾裂,因此本組利用酒精浸製金銀花、烏龍茶葉、桂花、柚子皮等製成酊劑,再混合羅勒籽及奇亞籽所提取的成分,研發具消毒暨護手雙效的酒精性乾洗手液。經過pH計、UV粉及蘋果抗氧化測試顯示,本組所研發之乾洗手液呈弱酸性,與皮膚酸鹼值相仿,且具有抗氧化與抗紫外線(防曬)的功效,比一般市售產品效能更高。此外,本組意外發現果膠混合液能製成風乾膜有效對抗紫外線。總結本組研發之多功能乾洗手液除了具有天然保養之功效,還能讓果皮產生環保效益,極具開發之潛力。

遠近高低皆相同—圓錐曲線的等視角軌跡研究

本研究旨在探討圓錐曲線的等視角軌跡。我們利用幾何方法和過曲線外一點的兩切線夾角之cot⁡θ值恆等的條件求得:線段的等視角軌跡為兩對稱圓弧;圓的等視角軌跡為圓;拋物線的為單支雙曲線,且視角互補的軌跡恰為一雙曲線,視角90°時軌跡為其準線。 由於不同觀測點位置對雙曲線作切線的情況不同,只有在漸近線同號區能定義等視角軌跡,故我們擴充視角的定義,並提出等切線夾角軌跡來研究雙曲線的軌跡。橢圓的等視角軌跡和雙曲線等切線夾角軌跡皆為含根式的二次曲線,視角90°時軌跡為兩者的準圓。我們討論兩圖形的相似特徵:找出圖形凹向改變的條件,並以實驗數據說明軌跡的兩側近似於軌跡與y軸交點的密切圓(Osculating Circle)。期待能以研究結果解決一些視覺問題。

製備自組裝單分子層修飾電極檢測水中銅離子之研究

本研究開發一種檢測水質之創新技術,利用電化學阻抗分析 (Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)檢測水樣中微量銅離子。我們將檢測出的阻抗頻譜圖形套入對應的等效電路模型中,可得到溶液與電極表面之電荷轉移電阻 (Rct),並藉此推估溶液離子的濃度。本實驗研究確知:當銅離子濃度( [Cu2+] )愈低,溶液的Rct值越大,-log[Cu2+]與Rct 呈二次函數且與√(Rct )呈線性關係。溫度越高,溶液的電阻值越小,兩者呈線性關係。我們進一步採用平面 (2-TBA)、長鏈 (11-MUA) 及短鏈 (3-MPA) 三種硫醇分子進行電極表面改質,實驗結果顯示11-MUA與3-MPA硫醇分子皆對銅離子具有高度選擇性,其中11-MUA改質電極的量測極限可達0.0019 mg/L,且靈敏度較佳。本實驗研究量測模組具有優異的離子辨識能力,可實際應用於環境水質中銅離子之檢測。

VR健走之環遊世界

健走是一種較無負擔的運動,因而深受廣大人群喜愛,然而由於近期嚴峻的新冠疫情,大家為了防疫而不敢出門,為了滿足想運動也想要出國遊玩的使用者,所以我們設計了VR健走環遊世界系統,透過IOT鍵盤與滑鼠驅動裝置能夠讀取雲端資料庫中,使用者的操控指令,來驅動Google map街景移動,並透過手機體感裝置開發,讓使用者能夠以體感健行與姿態變換的方式,在Google map街景服務中進行環遊世界探索,包括前進、右轉、左轉、俯視、仰式、停止的姿態變換,此外我們設計了使用者介面APP,讓使用者能夠快速的選擇喜歡的遊玩模式,可選擇開車、步行、單人、多人模式,透過我們的VR健走環遊世界系統讓運動與旅遊出現新的篇章。

怎麼突然「逆」過來了—研究正逆微胞之型態

本研究目的為尋找容易形成逆微胞並觀察的方法,以作為教材。我們先以十二烷基硫酸鈉(SDS)或碳鏈較短的一元醇加入沙拉油形成的兩相微胞在顯微鏡下觀察,但因形成的微胞太小,透過顯微鏡無法觀察,故我們在油水混合溶液中分別加入SDS水溶液、正丁醇、異丁醇進行觀察。發現SDS僅形成微胞;在油/水比值為2以上時,加入正丁醇可形成逆微胞;在油/水比值大於1.25時,加入異丁醇可形成逆微胞。我們另使用易溶於水的乙醇作為界面活性劑,但改變添加順序,發現在乙醇油溶液中加入水可以乳化,且在油/水比值為1.25以上時,會形成逆微胞。而以易溶於油的正己醇作為界面活性劑時,發現在正己醇水溶液中加入油可以乳化,且在油/水比值為1.25以上時,會形成逆微胞。

水中龍捲動起來!

漩渦樣態像極了水中的龍捲,生活中有許多水中龍捲的發生與應用。我們想要製造出美麗完整的多龍捲,並且讓它們能自由自在的移動,那麼需要哪些條件呢?首先本研究先從電磁攪拌器產生的水中龍捲了解基礎特性,然後自製小體積的可移動水中龍捲產生器,接著有系統的實驗,依序由移動單龍捲、移動雙龍捲、再到移動三龍捲,逐步探索移動水中龍捲的生成條件與影響因素。實驗結果發現水中龍捲會受到移動速率與彼此距離的影響,移動越慢越有利於生成,而多龍捲之間過於靠近則會有相互消長的變化。值得一提的是,旋轉移動的方向如果與龍捲自轉同向,竟然會讓各種移動多龍捲的生成,全部都有顯著的提升。移動中的多龍捲具有豐富多樣的變化,十分有趣。

自製地震感測物聯網用於地震逃生(防災與減災)

921大地震時造成全臺大停電,在摸黑情況下逃生,容易造成重大傷亡。上科技課時,老師介紹有關智能家居的設備,我們就想到可以利用智能設備來自製地震感應器及自製模擬地震的震動平台,並且選定震度4級時讓地震感應器發出訊號。 我們利用家庭用電的配線來模擬居家環境。為了模擬停電狀態,我們將智能設備安裝在居家設備和UPS上。也透過各種通訊技術將各項智能設備進行互聯,並利用APP軟體設定條件,當地震感應器發生感應時會開啟相對應的條件,使智能燈泡和智能插座自動打開,指引臥室安全掩蔽處並發出警報聲。即使遇到停電的狀況,UPS上的照明裝置也會持續發亮指引安全掩蔽處及安全逃生的路線,以達到防災與減災的效果。

殼中生機──廢棄殼粉晶球戰勝重金屬廢液

利用身邊廢棄殼粉,包括蛋殼、花生殼及蝦殼,進行鐵、銅、鋅、鎳四種重金屬離子的吸附,藉由自製吸光度計、黃血鹽滴定重金屬離子形成錯合物,探討殼粉吸附重金屬離子的效果。結果發現,三種殼粉對重金屬溶液吸附能力為蝦殼粉>蛋殼粉>花生殼粉。蝦殼粉小晶球對硝酸銅的吸附率為220.0 mg⁄g蝦殼粉;蛋殼粉對硝酸鐵的吸附率為200.6 mg⁄g蛋殼粉;而花生殼粉對硝酸鋅的吸附率為112.5mg⁄g花生殼粉。不同殼粉對離子的吸附效果不同,蝦殼粉吸附能力為 Cu>Ni>Fe>Zn。包覆殼粉的海藻酸鈉小晶球吸附重金屬優於大晶球及純殼粉。包覆0.2 g蝦殼粉的小晶球,對硝酸銅的吸附較純殼粉提升約30.1%。第1型(純蝦殼粉)及第4型(蛋殼粉:蝦殼粉=3:1)海藻酸鈉小晶球對銅離子吸附效果最佳。

天然抗氧化薊 – – 阿里山薊的保肝作用探討

薊屬植物屬於菊科植物的其中一個類別。台灣的阿里山薊為特有種,被當地的居民製成保肝的茶飲,因而被推知有抗氧化的能力。本研究以阿里山薊和平地薊(不同地區)的不同部位做為研究材料,探討其消除自由基及保護肝細胞的能力,結果發現平地薊有最佳的清除自由基效果。而在保肝效果的部分,無論事前預防酒精造成的肝細胞中毒或事後補救機制肝細胞的傷口癒合,皆以阿里山薊最有成效,為保護肝臟的最佳選擇。