全國中小學科展

佳作

機器學習在教室節能的設計及探討

由於網路的普及進步、即時的數據取得變得容易。Alphago所帶來的震撼證明了AI人工智慧再也不是遙不可及,各種機器學習、深度學習的理論如雨後春筍般百家爭鳴,透過資料的儲存,網路資料的共享,網路伺服器的運算,使得感測器也有強大的資料庫及自主運算能力。 本次研究針對教室照明系統,建置智慧照明系統;包含製作物聯網感測器、建置雲端伺服器運算決策、製作物聯網PWM控制器及以手機APP程式監控電器用品待機時的節能及目前耗能狀況。 經由智慧型電表對於節能效率做進一步的分析比較,本系統確實能在不降低便利性及舒適性,達到大幅節能的目的。

自製無人機監測模組及應用探討

本研究利用無人機可自主起降並執行任務,高度機動性的特點,自行發展一套即時監測系統,選擇市面上便宜且成熟的飛行載具,搭配各種感測器如溫溼度,MQ3酒精感測器、PM2.5空氣懸浮粒子偵測…等,先經重量評估後測試運行,再經重心計算,自製零件基座固定,PID測試、最後撰寫程式,將感測器資料即時透過無線訊號傳輸到控制端螢幕,除了能遠端即時監測數據外,並能降低零件成本,提高模組操作上的彈性。 實驗顯示本研究自製的無人機的自動化監測系統,能精準且迅速的取得各種監測數據,對於高空、災害現場或人員難以抵達等狀況將有助益。此外,運用無人機做為機動式監測站,將能有效補足現行定點監測站及人員稽核的不足,在未來應用更是無可限量。

蟎跡塵影—塵蟎匿蹤運動探討

塵蟎為許多人的過敏原,為了瞭解塵蟎,我們進行一系列的實驗。我們發現:(1)塵蟎以歐洲室塵蟎數量最多,美洲室塵蟎次之。(2)塵蟎步行速度快,在不同環境中會快速找到適合匿蹤地點。(3)塵蟎在覓食過程也會注意藏匿身體,善用食物將自己匿蹤。(4)美洲室塵蟎較喜歡濕度低和溫度較高的環境匿蹤,歐洲室塵蟎較喜歡濕度高和溫度較低的環境匿蹤。(5)有部分色光照射下,會造成塵蟎的運動速度趨緩;更在紫外光照射下,兩種塵蟎皆無法動彈的反應現象。(6)在自製攀附力測量器中,塵蟎所承受的傾斜角度約在110度到180度之間,攀附能力佳不易掉落。

三角蟹蛛雌蛛體色變異的探討

為了探討三角蟹蛛雌蛛體色的變異,本實驗分別進行野外調查、實驗室內飼養觀察體色變化、破壞蜘蛛眼睛觀察對體色變化的影響及利用蜜蜂誘引箱,觀察不同體色雌蛛棲息於與體色相近顏色花上,對其獵物是否真的具有隱蔽性。 實驗結果顯示,(1) 三角蟹蛛雌蛛在野外主要體色為白色及黃色;且白色比例較高,(2) 三角蟹蛛雌蛛體色僅能在白色及黃色間轉換;而且黃色轉換成白色所花時間較白色轉換成黃色所花時間來的短,(3) 三角蟹蛛雌蛛主要是靠視覺感應週遭環境背景色來轉換體色,(4) 不同體色三角蟹蛛雌蛛棲息於與體色相近花上對獵物 (蜜蜂) 的確具有隱蔽性,較不容易被其獵物發現,而增加三角蟹蛛雌蛛成功捕食到蜜蜂的機率。

台灣南部地區泥火山地形成型因素之研究

泥火山依地形學觀點可分作噴泥錐、噴泥盾、噴泥池、噴泥盆、噴泥洞等類型,為瞭解影響泥火山地形成型之因素,本研究量測泥漿之泥水比例、含砂量、密度、黏度等物理性質,並以泥火山模型實驗得出模擬泥火山之形貌參數,研究泥漿物理性質與形貌之間的關係。模型實驗之操縱變因包括代表泥漿上升通道之噴口大小以及泥漿種類,泥漿樣本採自台灣南部鹽水坑、小滾水、月世界、滾水坪、及新養女湖之2座不同泥火山,共6組泥漿樣本,並用高嶺土配置不同比例之泥漿另作模擬。結果顯示泥火山地形同時受泥漿有效黏度、密度、泥水比例、噴口大小等多種性質同時影響,除本研究探討之泥漿性質外,可能受其他參數影響泥火山地形成型。

廢棄香灰的環境污染與再利用之研究

廢棄香灰最常見的處理方法就是未經處理就直接丟棄或倒入水溝、河川之中,本研究實驗得知,廢棄香灰導致環境水質或土壤受到污染情形嚴重,並造成植物生長遲緩甚至枯萎死亡,對環境影響極大。對於廢棄香灰的再利用,本研究分析香灰成分,經過三角座標試驗及賽格式分析,成功將廢棄香灰使用於陶瓷釉藥中,並研究成功發展出青瓷釉藥,並與宋代釉色做比較,創造經濟及藝術效益,另外,香灰釉藥的生活陶瓷用具不僅有環保意識,心靈層面上更兼具神明保佑的作用。

「水砂共舞」-探討坡地土壤沖刷之特性

本報告研究坡地土壤之沖刷特性,使用縮小版的水槽進行沖刷實驗,分別嘗試各種因素如坡度、水量、流速、土砂、植生的組合所造成之沖刷量,找出其沖刷規則,並歸納各因素的重要性與交互關係。再將主要因素套用模糊理論,依照實驗的沖刷規則等比例放大,即可推估曾文水庫各子集水區的土壤沖刷量,與莫拉克颱風發生之實際沖刷量進行比較,誤差多集中於30﹪以內,有不錯的精確度,值得未來做更進一步的研究與討論。

磨刀霍霍

當需要進行車刀角度研磨時,往往需要消耗許多時間及較高的研磨技巧才能提升刀具研磨角度之準確度,因此、我們設計了一組「磨刀霍霍」車刀研磨附件(如圖1所示),此附件能做角度偏擺(Yaw)及俯仰(Pitch),搭配自製的鑽石砂輪裝置可直接安裝於車床上進行準確的刀具研磨。本研究運用分度盤分度的原理,能夠方便且快速調整所需要的角度。本研究以簡易、輕量化的方向設計,利用Inventor 3D繪圖軟體進行將零件設計、模擬配合檢查干涉,將其實體化並組裝進行測試。

偏振光調控銅化合物顏色的機制與探討

入射光的偏振態、線偏振角度及波長與銅化合物產生反射橢圓偏振光有關;位置分析點1398 ~ 點1455 之間銅化合物種類多,各位置分析點的 RGB光強度比例變化、橢圓長軸角度不同、橢圓短軸偏光透光率差異性,是造成銅化合物顏色變化及色彩的移動主因。位置分析點 1455,線偏振 + 45 度入射,析光片轉 85 度,紅光與藍光光強度比例會互換,銅化合物有類似互補色的顏色變化。位置分析點 1398 ,圓偏振光入射,紅光與藍光的橢圓長軸角度差 70 度,橢圓短軸偏光透光比例值相同,析光片轉 70 度,銅化合物會出現互補色。利用光強度方程式畫出模擬曲線圖與實驗反射光強度比例分布圖比較,若曲線符合,可證明設定的 E0y,輸入的E0x 、 δx 、 δy 等參數無誤,得出相位差 δ。

流體動能利用系統-Stanley Generator 製作及模組化應用

我們以超過傳統1.96 倍(平均值)發電量的新式 Stanley Generator(SG)同軸發電機應用在水平軸流體發電及垂直軸流體發電,並結合水平軸可多層次利用流體動能及垂直軸簡易的優點,設計出新一代HV(Horizon Vertical)系統。設計並檢測阻流型葉扇及撞流型葉扇不同長寬幾何比例及不同的葉面傾角度,在風速0.5m/s~5.0m/s 情境,測量葉扇的轉速,結果阻流型葉扇以第4 組葉扇(21.5:10:40)於葉面傾角10o、撞流型以第二組葉扇(21.5:10:40),所得啟動風速最低且轉速最平均兼顧低風速啟動及高轉速維持。同時設計了各式SG 應用模組,包括一級應用的三層流體動能擷取系統,二級應用的雙軸單增速系統,三級應用的雙增速HV 系統。都能發出比一般發電機高的電量(1.48~1.96 倍),也更快(較低流速)達到發電機最大(額定)發電量。