全國中小學科展

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三等獎

車用開門快速預警裝置

由於台灣汽、機車數量逐年攀升,且人口密度高、道路窄小和停車位不足,使得人、車爭道和兩車併排等現象層出不窮,導致汽車駕駛人或乘客在開啟車門時,未注意後方來車造成碰撞的傷亡事故屢屢發生。有鑑於開啟車門不當事故頻繁,本研究提出一個基於達靈頓電路(Darlington Circuit)的快速且成本低之車門開啟預警系統,當汽車駕駛人或乘客碰觸車門內把手內側的軟式觸控薄膜開關時,系統即會啟動欲開啟車門側的門外警示燈和車後方向燈光閃爍,以提早預警行人或機車騎士,同時,汽車A柱內的警示燈、蜂鳴器會同步閃爍和鳴響,以提醒汽車駕駛人或乘客注意後方車輛避免碰撞,保障用路人安全。

圖形化物聯網小型折線機之研究

生活中網路商店或夜市常看到業者手工用鋁線在折造型,這些造型必須應用手工方式生產,所以生產效率及重現性低,且這類型的塑性加工在課堂上我們只能觀看一些影片來教學,無法實際進行操作。本研究用單折彎頭來進行金屬線之折線加工,以課堂所學知識及加工技術背景進行開發,主要以3D列印機的Arduino+RAMPS1.4控制器為基礎,自行設計及加工折線機構、進線機構、轉軸機構與螺桿機構開發出小型折線機。利用Python程式語言開發出將圖型座標轉換為NC碼,透過ESP-01S物聯網方式,直接控制所需的機械動作,做出所需的作品,讓使用者只需畫圖即可做出成品,不需學習機器控制語法。本研究可自動化加工生產、具有3D折線功能、折不同軟硬度的材料、操作介面簡便、體積小、成本低。

磁性顆粒在變化磁場中的反向運動及運輸

本研究探討磁性顆粒在變化磁場中的運動。燒杯內置入水和氧化鐵粉,構成磁性膠體系統,將燒杯放在磁攪拌器檯面上運轉,發現奇特的水流方向,有時順時針方向運轉,有時則逆時針。此現象是否與氧化鐵粉分布在水面或底部有關?底部的氧化鐵粉出現特別的反向運動,原因為何?深入研究磁性顆粒的運動,分析磁場變化、表面摩擦力對其影響,以及顆粒反向運動時,推動物體的力學分析,並自製磁鐵轉盤分析磁場分布對氧化鐵粉顆粒的影響。

定義酚基反應性:芳香環醣基受體之醣基化反應立體選擇性的預測及探討

酚與苄基醇在許多領域中,被廣泛地運用以及探討,其中一重要的應用是與醣苷結合後可做為人們所服用的抗生素。儘管如此科學家卻尚未能將醇類結構中羥基的反應性量化來進行分析,因為缺乏準確的芳醇反應性數值,造成芳醇的研究與應用較難以掌握。因此本篇主要在進行芳醇反應性的量化。兩醇以競爭的方式進行反應後,再經動力學的計算,得到其相對反應性數值。進而再透過改變芳香環上的取代基來探討共振效應、誘導效應和立體效應對芳醇反應性之影響,並且將醇類之反應性數值與大數據分析結合應用於醣化學中,以探討並解決醣基化反應中立體選擇性控制之問題。

探討TLR7作用劑對樹突細胞發育及功能的影響

樹突細胞在免疫系統中扮演關鍵的角色,不論是活化其他免疫細胞,或是產生細胞素調節免疫系統,都與不同種類的樹突細胞具高度相關。雖然目前已經了解成熟樹突細胞在免疫系統的重要性,但是樹突細胞由前驅幹細胞發育及分化的過程目前仍不清楚,且過程中若遭受刺激,其所造成的影響也有待研究。 本研究採用一種TLR-7作用劑R848刺激尚未分化的前驅幹細胞,觀察其發育過程及分化後之成熟細胞的影響。結果顯示在低濃度R848刺激下,漿狀樹突細胞的分化比例增加且功能增強,傳統型樹突細胞的免疫活性也上升。相反的,高濃度的R848則能顯著降低漿狀樹突細胞的比例及干擾素基因表現,傳統型樹突細胞的活性也顯著下降。綜合以上,我們發現不同濃度的R848有助於引導不同趨勢的免疫反應。另外,目前實驗結果支持了其作用機制可能為控制轉錄因子的活性,後續將更深入研究此機制。

週期性變化磁場對複合磁體磁浮特性的影響

此研究期望找到穩定磁浮的方法及探討產生磁浮振盪的變因。首先利用吸附上鐵材的磁浮體,觀察其造成的磁浮減震。實驗過程藉由變動磁場,發現週期性變動的磁通量對鐵磁體的磁化及渦電流產生影響,進而改變磁振盪振幅及阻尼係數。研究結果得知磁場的交變頻率越大,會導致磁浮體所受斥力增加且鐵磁體形成的減振效果減緩。另外,複合磁體中受硬磁磁化的鐵磁體在頻率到達一定區間時才能觀察到渦電流的影響,而此區間受複合磁體排列、磁化強度等變因控制。

Revolutionizing Potato Agriculture: Harnessing Machine Learning Techniques for Disease Detection and Management

Aim: The aim of this study is to make a disease-predicting model trained on data from weather stations and API using machine learning that gives the farmer the ability to predict crop diseases before they set in, allowing them to take timely preventative measures and reduce wastage. Materials and Methods: In this study the Internet of Things (IoT) sensors throughout agricultural fields of potato crops in Jafferabad, Depalpur Punjab. The sensors collect real-time data on environmental conditions, such as precipitation, air temperature, relative humidity, wind speed, and direction, Dew Point, VPD, and the Delta T values, to identify subtle disease indicators and patterns within the environmental data. Our novel machine-learning program makes use of the data collected by the weather station and analyses them. Results: Using the data, one predictive statistical method using Python 3.8.0 was created which uses the data from the weather station which can predict diseases before they set in.

黏滯流體與固態粒子對馬克士威爾滾輪的物理影響及探討

將黏滯流體放入空心帶軸圓盤中(稱作黏流滾擺),以繩繞軸芯捲至25.17 cm高度落下,實驗發現填充量為22.500 %~87.500 %時,相對其他填充量以非常緩慢的速度落下且不會彈跳,而圓盤角速度具有週期性,並整合參考文獻理論公式分析邊界層對圓盤運動的趨勢,發現若邊界層變薄則讓液體質心處於α>0,滾擺加速滾動,若變厚,則反之。當釋放高度大於8.55cm無彈跳填充範圍將維持在22.500 %~87.500 %,不受高度影響。而黏流滾擺落下的時間約為空圓盤的122倍。改以黏滯性較小的水作為填充液體則不存在無彈跳填充區域。若改以填充混和質量濃度比例100:6及100:20的黏滯流體與水,則可發現臨界線向左偏移。若填充液體改為固態粒子(細沙),實驗發現填充比例為4.242 %~93.196 %時,細沙滾擺會固定於高空中而不落下。比較黏滯流體、水、細沙三種填充物質,黏滯流體緩衝效果與穩定性最佳。

陽光下的旋轉舞者——探討雙小行星的形成原因與其分佈之關聯

現研究認為雙小行星的形成原因為小行星受YORP效應(Yarkovsky–O'Keefe–Radzievskii–Paddack effect) 使自轉加速至裂解自轉週期後形成。此研究回推母小行星裂解自轉週期,推論雙小行星是否由YORP效應形成。結果呈現實際裂解自轉週期集中於1.4 – 2.4小時,較理想裂解自轉週期短。軌道半長軸0.5 – 3.5 AU,由YORP效應形成的雙小行星約佔總體73%,2.8 AU後無YORP效應產生的雙小行星。計算YORP效應產生的雙小行星佔總體比例分佈,呈現以1.8 AU為轉折點,轉折點前YORP比例接近,轉折點後比例隨與日距離增加持續下降。透過模擬YORP比例在長時間中的演化,呈現約107 年後YORP比例分佈出現轉折點,演化時間越久轉折點與日距離增加,透過轉折點可推論小行星受演化的時長,但現行模型仍無法考量雙小行星形成過程與演化造成的多重因素,此些效應會使演化時間加長。非YORP效應產生的雙小行星在科克伍德空隙前方增加,推測受木星軌道共振使碰撞機率增加產生雙小行星。

Human-computer Interaction-based Millimeter-wave Radar Gesture Recognition

本研究提出了一個毫米波雷達即時動態手勢辨識技術,透過幾個簡單的手勢取代鍵盤和滑鼠來操作應用程序,從而提供更生活化和直覺化的人機介面。我們透過手勢屬性分析、手勢訓練資料格式選擇評估、學習模型效能評估和系統實測性能分析,以提高手勢控制人機界面的實用性。我們的學習模型採用一大小為415 KB的1DCNN+LSTM混合模型支持四個動態手勢,並在德州儀器的FMCW雷達評估板上以30 FPS的採樣速度進行手勢識別。我們在7個用戶(包括5個右撇子和2個左撇子)的多媒體撥放實際測試中達到94.5%的操控準確率。此外,我們的方案在實驗室環境之外的複雜空間中操控應用程序,也不會有明顯的辨識錯誤的情況發生。