全國中小學科展

第三名

「木氣」沖天-木氣爐構造對木質顆粒燃燒之研究

透過多次觀察焚火台的經驗,並發現這幾年大家開始採用比較環保的木質顆粒當作燃料, 在這次不斷的研究中,逐步發現自製木氣爐搭配木質顆粒燃燒的效果差異。我的研究共有七個研究目的,分別為木氣爐原理與材料調查、自製木氣爐、探討自製木氣爐外罐口徑大小對木質顆粒燃燒的影響、探討自製木氣爐內罐底層孔洞大小的對木質顆粒燃燒的影響、探討自製木氣爐內罐上層孔洞大小對木質顆粒燃燒的影響、探討自製木氣爐內罐上層孔洞排列形狀對木質顆粒燃燒的影響、經參數優化的自製木氣爐及改良裝置的比較。隨著一次又一次的實驗,漸漸發現一些問題,在實驗中試著改良我的木氣爐,最後藉由數據分析,做出一個最適合搭配木質顆粒燃料的野炊木氣爐。

以新建構之卷積神經網路對腦部核磁共振影像執行多發性硬化症之判讀

現階段台灣有關多發性硬化症病灶分割相關研究付之闕如,但電腦視覺輔助醫療已日漸成熟。本研究新建構卷積神經網路,提出一套以深度學習為基礎,可自動辨識腦部核磁共振影像中,分割多發性硬化症病灶之人工智慧病灶判讀方法。本研究使用約翰霍普金斯大學影像分析與通訊技術實驗室授權提供之Longitudinal Multiple Sclerosis Lesion Imaging Archive資料集為訓練與測試資料,共151筆核磁共振臨床資料、39583744筆像素資料,並以IoU與dice係數為評估指標。經實證發現,本研究提出的方法,具有顯著IoU值,達0.8523,另dice係數亦較其他方法高,其值為0.9392,且在速度方面,禎數高達13.79。本研究成果未來可連結醫院之核磁共振影像資料庫,自動分割出核磁共振影像中多發性硬化症病灶,以利於早期診斷與治療。

奈米銀螢光增強機構之氣體感測

本研究的主要目標是利用奈米金屬團簇的特殊性質,以及與螢光分子的交互作用,來製作小巧的氣體感測裝置,以解決大型儀器太難攜帶的問題。研究內容分為三個部分,首先為「有機相螢光複合材料之合成」,我們藉一系列實驗探討最佳的合成方法與材料配製,以最佳化其感測性能;其次為「微小化自組感測裝置之製作」,我們設計製作並改良感測裝置以及輔助感測的電路,並用3D列印技術印製標準化感測器;最後一個部分為「氣體感測數據分析」,以自組感測裝置進行九種有機氣體的感測。我們通入有機氣體使螢光訊號增強,重複數次,以要求感測的再現性,並改變感測濃度,以建立各種有機氣體的感測檢量線。最後,我們分析數據,以深入了解此種材料的感測性質。

達靈頓尋找特斯拉

本科研主要運用達靈頓電晶體將微訊號放大,以感應特斯拉線圈產生的高頻訊號,再將感應到的訊號輸出給科技寶輪型機器人,接著依撰寫於機器人之操控程式進行訊號強弱的判斷,進而得知特斯拉線圈所在的距離和方向,最終得以控制機器人在不同模式下有自動轉向特斯拉線圈所在的位置,或跟隨其前進的動作。

基於神經網路分析封城對民眾攻擊性情緒之影響:以美國為例

疫情期間各地家暴、離婚負面社會現象顯著增加,而攻擊性情緒可能是造成此現象的重要原因之一。如何快速掌握人們情緒變動,提供有效配套措施,為當務之急。本研究利用人工智慧神經網路模型,訓練其分辨攻擊性情緒,快速分析大量社群媒體資料。以此模型分析全美各地在不同時間發出的推文,即時判斷疫情下各地攻擊性情緒的變化,發現疫情開始後,整體攻擊性情緒急劇增加,且封城下的民眾相較未封城者呈更高的攻擊性情緒。再來,本研究以固定效應模型的統計大數據分析,證實封城與攻擊性增加之因果關係,為理解疫情中人們攻擊性情緒變化的成因作出重要貢獻。提供心理學或精神醫學大範圍、快速、低成本的研究方法,以快速掌握人們情緒模式,研擬對策。

一擺未平,一擺又起—變態耦合擺拍擺動之研究

耦合振盪的現象最早由物理學家惠更斯從鐘擺的振盪發現,本研究探討之耦合擺現象即為耦合振盪現象。實驗在長線上掛上兩條細繩,兩繩分別掛上同質量砝碼,再分析耦合擺運動軌跡;分析得一擺擺動振幅增大時,另一擺則會減少。藉改變兩擺間距和擺長發現:兩擺間距影響兩擺振盪週期,兩細繩同長時,週期隨擺長規律增長。在不同數量的擺中,三擺和五擺透過改變多擺的擺長排列方式,發現各擺間的能量會有不同的轉換,規律因此各自有異。除此之外,我們發現彈簧對振盪的影響與棉繩相似,磁鐵在同極和異極時皆呈現明顯左右規律地晃動情形,振盪軌跡和無磁鐵時不同,振盪週期也會變長。上述變因對耦合擺在各擺間的能量轉換有關。

飛輪騎跡~以tracker追蹤姿勢與車身調整,影響身體軌跡運動數據之探究

用tracker追蹤身體定點運動數據,探索研究模式! 軌跡加速度部份:取扣片坐姿, 選擇Y軸速率加速度,確立分析基準。踩踏Y軸端點加速度在此只是速度參數,代表此點之前半圈施力力矩的盈餘¬¬。調整車身遠離標準坐姿,發現固定轉速加速度偏大,代表一圈內有快慢,圈內升速需更用力。此外,我們用模型推出坐墊位置的調整方案,並找出身體角度影響施力的相關性。 功率計部分:測功率算踩踏力量,發現一圈內快慢加速影響功率數據波動大,可以用回歸判別合理數據。高轉速高功率,發現力量增幅並不大;大齒比需要耗更多力去對抗齒比倍率之外的額外阻力;訓練台功率比對軸心功率,機械效率為0.8。 圈整踩踏細節,結合功率力量,希望能完整描繪輪轉踩踏的力學輪廓。

新環保再生無機聚合材之強度探討

「水泥」是所有建築物中不可或缺的材料,然而波特蘭水泥的生產過程所產生的二氧化碳數量卻加劇了全球暖化問題…。 在學校我們有一間專業的陶藝教室,在每學期都累積不少素燒坯的瑕疵品,有時要將它去除也諸多不捨,於是啟發了我們想要給予它不同的利用價值。當材料課老師提及無機聚合的概念時,隨即引發了我們實驗研究的動機,我們決定運用學校陶藝教室學生窯燒失敗的素燒坯體取代水泥,藉由鹼激發製作成再生無機聚合物,並與水泥漿體進行抗壓強度試驗,且探討密度與素燒粉的關係,期望減少廢棄物以達到循環經濟之成效。

雲端都市垃圾資源回收警示及清運排程系統之研究

本研究設計一個可以感測容量及感應開闔的垃圾桶,透過雲端接受各地垃圾桶的容量及使用狀態,回傳到中央戰情室統整訊息以編派人力進行回收,提高回收服務及效率。利用超音波模組感測到有人接近時驅動伺服馬達打開垃圾桶,以非接觸的方式讓使用者可以丟垃圾或回收物,另外於桶內放置超音波偵測容量,用紅藍綠三色LED顯示使用容量,桶滿的時候可控制不打開蓋子。垃圾桶的資訊會透過ESP8266 WiFi模組,利用MQTT通訊協定傳送到Node-Red建立即時的戰情室中央監控,用Line Bot發出即時訊息通知工作人員,整合的雲端物聯網系統,可以得知各個垃圾桶的狀況,達到減少人力成本及即時管理垃圾及回收物達到環境整潔並提高服務品質的目的。

從一個內切圓的問題想起

在一個三角形的內切圓上,任取三點連線成內接三角形,我們發現當此三點為切點時,可以找到許多與切點三角形有關的性質除了一一加以證明外,並推展至四邊形及更多邊形。