全國中小學科展

三等獎

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。

以電場及奈米微粒提昇普魯士藍鈉二次電池的效率

本研究製作可以容納鈉離子進出的宿主材料NaFe[Fe(CN)6]普魯士藍(Prussian blue, PB),塗佈在鋁箔上製成陰極板,配合陽極鈉金屬板,壓製成二次鈉電池。本研究創新在於(1)使用PB 奈米微粒; (2)塗佈電極時添加鎳奈米微粒或銀奈米微粒,以協助充放電時的氧化還原反應效率; (3)陰極漿料置於 143 V/mm 電場下陰乾,推動立方 PB 以垂直於陰極板的方向排列,正向面對鈉離子的流動方向,提升鈉離子嵌入或脫嵌 PB 的效率。連續充放電循環,發現添加金屬奈米微粒或陰極板在電場下陰乾,均能有效提升電池電容量及穩定度。以 39 nm普魯士藍微粒添加 15% 82 nm 銀奈米微粒,在 143 V/mm 電場下陰乾 24 小時,電容量得以提升 3 倍,並在 50 次充放電循環後電容量未見衰退,維持在 90 mAh/g。

以機器學習增強無人機飛行準確度

無人機在進行定位時,多半是依靠內建GPS晶片與內建慣性測量單元(Inertial Measurement Unit, IMU)進行定位,然而高精度的IMU及GPS晶片受限於高成本無法在一般無人機上運行;此外,各種定位系統均有其適用範圍,若無人機運行於定位系統之適用環境外,其定位精確度會下降,進而導致無人機飛行時會與預期路線產生誤差。 在本研究中,我利用Webots模擬軟體進行無人機模擬,藉由無人機鏡頭所拍攝的連續兩幀圖片差異,產生差異與角度及距離間的關係資料集,並利用此資料集來訓練深度神經網路,將產生模型用以模型迴歸出連續圖片間的旋轉角度偏移量,以此偏移量輔助無人機進行飛行校正。 經過多次實驗與修改,我比較了幾種不同的資料處理與分類方法,找出當中最佳結果的機器學習模型後,將此模型套入模擬環境中輔助無人機飛行,使無人機飛行於複雜環境時,成功提升飛行準確度。

新型散熱模組浸沒式水冷之應用

科技不斷進步對 CPU 等電子設備有更高效的需求,而高效的運算也提高用電量及散熱的需要,這促使我們尋找增強熱通量和熱傳遞的方法。透過惰性介電流體直接對電子部件進行液體冷卻,已成為複雜電子系統中熱傳遞的解決方案之一。 浸沒式冷卻是將電子元件浸入介電流體中,透過介電流體的池沸騰和相變化將熱帶走,而介電流體由冷水循環冷凝回原系統。本研究旨在透過設計仿浸沒式水冷的機台,來探討它如何影響電子元件。加熱站模型是用電腦輔助設計軟體(Creo, AutoCAD)進行圖面設計,然後進行CNC加工製作而成,本文記錄測量效率的值並繪製圖表,以討論傳熱的速率。