全國中小學科展

四等獎

Prismalla: Mist water collector

The lack of drinking water in human settlements triggers a series of problems that are linked and affect the development of humanity: health problems, lack of water security for companies, lack of jobs, insecurity, among others. We observe this problem in the communities of the municipality of Las Vigas de Ramírez, Veracruz, where there is a great problem with the water supply, although there is a high presence of mist. Faced with this situation, we undertook the task of investigating a water harvesting method that is easy to implement, operate and maintain. We investigated and analyzed the methods of mist condensation through physical barriers, finding that the polyethylene shadow mesh was the means to achieve this, because it allows the passage of the wind, it is very light, easy to manipulate and above all that it presents the phenomenon of percolation that allows water droplets of various diameters to be accommodated therein. We designed a device that allows to present a mist catchment area through a prismatic structure enabled with meshes and condensed water receivers, portable, easy to use and maintenance and very economical with a performance of 20 liters per day. To achieve our project, factors such as air humidity, dew point, wind speed and direction, height, temperatures and available spaces must be considered.

以深度學習及動脈壓力波頻譜諧波分析實驗為基礎開發脈搏訊號分析系統

本研究提出一套創新的人體健康分析方式,透過全新的分析演算法架構深度解析脈搏訊號中的特徵,並結合深度神經網路進行預測,最後開發成監測人體健康的嵌入式系統。本研究基於血液共振理論,將光體積變化描計圖法擷取到的脈搏訊號進行訊號處理,從中擷取出共振峰值以及其變化量,檢測血液循環一週的微小變化,改善了當前分析方法著重在計算平均值,無法呈現即時狀態的缺失。本研究提出的系統和演算法所延伸的預警系統具有77.3%的預測精準度,同時可以擴展至多種趨勢相關的臨床症狀。此外,本系統十分適合應用於低功耗、低成本的硬體,對於未來各種行動裝置、穿戴科技與居家照護的生理數據分析需求,可提供實質的貢獻。

台灣萍蓬草兩型葉發育與植物激素ABA與GA關係之研究

台灣萍蓬草為台灣原生種水生植物,其葉片因應環境變化改變型態的現象稱為兩型葉(heterophylly leaves),本研究旨在探究此植物的兩型葉性質差異與演化脈絡。我們比較野生型與實驗室培養的台灣萍蓬草兩型葉間形態與生理差異,而後對其外加植物激素,比較不同刺激下葉片之生成形態。 我們發現台灣萍蓬草水上與水下葉為了適應不同的環境,發展出許多不同的特性。接著藉由實驗我們得知水上葉的內生ABA含量較水下葉高。在外加激素實驗中,我們發現在其他植物常呈拮抗的GA與ABA,對台灣萍蓬草的影響為:外加兩種激素後生長出來的葉片構造皆趨近於水下葉,而外加兩種激素雖皆會抑制葉片中的葉綠素a含量,但並未趨近水上葉或水下葉。 過去的論文顯示,水生植物並非在水中獨立演化,而是在水陸之間多次交替演化,我們期望以台灣萍蓬草於Nuphar屬之特性,並透過兩型葉作為種屬特異性的比較工具,進一步了解這段演化過程。

各種導電物質於不同變因下之共振頻率的探討與運用

我們製作了一個金屬探測器。有別於一般固定頻率的操作方式,我們改變輸入探測器的電壓頻率,量測探測器的共振頻率。當我們改變金屬與探測器的距離,發現共振頻率會隨之改變。於是我們更進一步,藉由觀察輸入電壓與感應電壓之正反對稱性,精確測得共振頻率,並且探討各種導電物質的變因與共振頻率及感應電壓的關係。

Locus of the Points on Circumference of the n-th Circle that Formed by Moving the Center of any Radius Circles on the Outermost Circumference of Preceding set of Circles

This project aimed to study the motion which occurred from the end point on the circumference of the outermost circle by moving the center on the circumference of a preceding circle and the center of an innermost circle at origin. According to the study, when angular velocity was changed, it caused the different of loci. Based on the above information, finding the locus of the point on circumference of n-th circle that formed by moving the center of any radius circles on circumference of preceding set of circles was studied to get general equation. A set of circle and locus were created with GSP program. First, set the same radius circles on the X-axis with the first circle at origin, then found the relationship that occurred from the characteristics of locus. The result showed that if the ratios of angular velocity are 1:1:1, 2:2:2, 3:3:3, ..., …, n:n:n or 1:2:3, 2:4:6, 3:6:9, …,nw1:nw2:nw3, the characteristics of locus will be the same, while the others will be different. Finally, the equation of locus was found as follow: (x,y) = { ..........see in abstract...........} when .........see in abstract........... Where ri is the radius of i-th circle, zeta i is an angle between the radius of i-th circle and X-axis, wi is the angular velocity, t is elapsed time and alpha i is a starting angle between the radius of i-th circle and X-axis.

剛性三角形的進一步探討

本文企圖將公認的剛性△區分為軟和硬△,軟硬△定義如下:「若給定△的每一內角都不存在比分角線能多切一點點的塞瓦線,則此△被稱為硬△,否則為軟△。」文中推出兩項主要結論,(一) 若等腰△的頂角角度在36度及771/7度之間則為硬△,否則為軟△。(二) 一般△(非等腰△)三內角角度若都在45度及75度之間則為硬△,否則為軟△。明顯看得出來,任何鈍角及直角△都是軟△,只有部分銳角△才有機會是硬△。文章最艱難的部分是在18種擺放方式中,將僅存的七種成功擺放方式的臨界點都找出來,藉著臨界點的位置條件將∠B最大及最小範圍和∠A角度的關係式導出,作為可否多切一點點的依據,∠B的最大值和最小值曲線兩者之間空隙表示在定值∠A下,∠B取角的容許範圍,其越大越容易舉例。在七個可成功塞入的臨界點擺放圖的尺規作圖中,有幾個非常困難,文中利用圓錐曲線幫忙定位,簡化作圖難度。

探討紅綠色盲族群對不同顏色赫曼方格的視錯覺現象

延續2020年視錯覺研究,我們想要探討視覺神經細胞接受不同亮度對立顏色刺激後是否會有不同活化程度,影響視錯覺?另外也想探討不同對立配色的赫曼方格中線條寬度的閾值是否有差異?我們設計網頁版程式,改變赫曼方格線條顏色的亮度和寬度,以正常受試者為對照組,色盲受試者為實驗組,探討視錐細胞的變異是否影響視錯覺的產生。我們以顏色拮抗理論定義對立配色的赫曼方格,以標準化情境進行實驗。在線條亮度的結果中,黑白配色的赫曼方格圖案中線條與方格對比度越大,視錯覺產生的效果越明顯。兩群受試者在綠紅、紅綠、藍黃這三組配色,線條亮度範圍呈現兩極化的趨勢,可能原因為色盲因錐狀細胞變異,需要較高亮度的對比顏色刺激才容易讓神經細胞有活化程度上的差異,造成視錯覺出現。在改變線條寬度的結果中,發現藍黃的赫曼方格閾值與明顯值最大,黑白次之,綠紅最小,可能與細胞感受野大小有關,且線條寬度超過感受野的閾值,視錯覺就無法產生。兩群受試者的線條寬度閾值差異,可能與色錐細胞變異有關。綜合以上結果,顯示視網膜色錐細胞與神經節細胞的作用,對視錯覺形成扮演一定角色。在消費行為問卷結果中,我們發現格子衣服若是顏色對比度大、線條較細的圖案設計,消費者的滿意程度較低,這原因可能與視錯覺產生影響衣服視覺效果。

微量氧化亞錫參雜與氧化鎢光觸媒之光電催化性質探討

太陽能是地球上最豐富的能源。我們這裡研究的光催化劑主要用於進行重要的化學反應,例如利用陽光進行污染物降解和製氫。光催化劑的靈敏度取決於半導體材料的組成。在這項研究中,提出了一種氧化錫和氧化鎢的錫(II)光催化劑(SnO-WO3或SnO2 / WO3)與p-n結半導體材料結合。我們發現重要的事實是,含有少量SnO2和WO3的光催化劑展示了敏感的光催化活性。使用光纖的掃描電化學顯微鏡(SECM)快速篩選SnO2-WO3光催化劑陣列以進行有效的光電化學反應,我們使用小於10%的SnO2量摻雜WO3。然後在0V vs.Ag/AgCl的條件下,我們發現在紫外線和可見光照射下,組合物中3:97 SnO2 / WO3的微小比例能夠顯示出最高的光電流。利用第一原理(DFT)計算,我們得到了接近費米能中SnO2的帶隙約為1.40 eV。我們認為這種小的帶隙和費米能級附近的態密度(DOS)分布是SnO2對n型WO3敏感的原因。

蚜蚜學泳–睡蓮蚜適應水上生活的機制

睡蓮蚜是一種生活在水域環境的蚜蟲,而本研究證實:此種蚜蟲對水源和水中浮萍具有偏好性,並在水中具有勝過陸生黑豆蚜和玉米蚜的求生能力和登陸能力。睡蓮蚜的這些能力源自其異於其他蚜蟲的構造:較輕的質量和較長的腳使其能夠憑藉表面張力於水上站立和移動,並且在登岸時可以產生物理中的Cheerios Effect快速吸附陸地,水中生活的機動性因而極高。另外,睡蓮蚜的腳有彎曲的特徵,加強Cheerios Effect 的效應,加強登岸能力。睡蓮蚜的腹面氣孔亦有朝兩側生長的現象,以適應水上腹面經常碰觸水面的生活。

基於深度學習之服裝試衣系統

本研究以AI虛擬試衣系統(Virtual Try-on)為主題,透過深度學習技術,並結合幾何匹配模型,開發出試衣系統,可將使用者上傳的照片,模擬成穿著新衣的模樣。 首先,以深度學習模型將人物原始圖片取出骨架節點,並生成人體遮罩以及保留人物頭部,再結合以上三種資訊合成為高維特徵圖。接著將目標替換衣物生成出依照人體姿態扭曲後的衣物圖片。最後於Virtual Try-on模型中將人體高維特徵圖與扭曲衣物作為輸入,並經過深度學習網路合成出穿著目標衣物之人體圖像。本研究結果發現,人物站姿單純,且雙手緊貼身側,以及拍攝角度為正面、衣服款式為短袖、背景色彩對比度較高與衣服圖案單純的原始圖片,可得到較好的合成結果。