全國中小學科展

二等獎

塗色次數期望值之研究

n個圓圈以一維排列所構成圖形中,若指定當中一圓圈塗色時,其左右相鄰圓圈各有1/2機率被塗色,欲求出使得該圖形之指定塗色次數的期望值達最小之最優化塗色方法。本研究共探討了n個圓圈之「直線排列」、「環狀排列」與n個圓圈及m個圓圈之「環狀結合直線排列」等三種圖形。

應用多任務學習神經網路建構可識譜六孔竹笛機器人

本研究目標在建構可以識譜及吹奏中國笛的吹笛機器人。中國笛演奏必須協調吹法及指法;藉由控制吹氣流速、吹嘴角度及六指按壓音孔的變化來控制音高以完美地吹奏樂曲,是一項複雜的演奏技術。機器人以模擬吹笛口型的吹嘴,搭配兩個風箱往復送氣到一個壓力調節風箱送氣,以微控制板控制六個機械手指來蓋放完成演奏,為在音尾可確實止氣,設計一個風門,利用風門開闔也可模仿吐音技巧讓笛聲明確發音。辨識樂譜方面收集樂譜樣本,樣本分成譜線、音符、節奏三套,透過多任務學習MTL的深度學習架構進行訓練,建構可以辨識五線四間上下三線及全音符到16分音符及休止符的樂譜辨識模型。經測試若樂譜在符合音域範圍內,可以完整的辨識,轉換成音符資料傳送給吹笛機器人吹奏。

ChordSeqAI: Generating Chord Sequences Using Deep Learning

This report presents a novel AI-driven tool for aiding musical composition through the generation of chord progressions. Data acquisition and analysis are discussed, uncovering intriguing patterns in chord progressions across diverse musical genres and periods. We developed a range of deep learning models, from basic recurrent networks to sophisticated Transformer architectures, including conditional and style-based Transformers for improved controllability. Human evaluation indicates that, within the context of our specific data processing methods, the chord sequences generated by the more advanced models are practically indistinguishable from real sequences. The models are then integrated into a userfriendly open-source web application, making advanced music composition tools accessible to a broader audience.

探討藉由隧道奈米管(TNTs)傳遞Chromogranin-A對神經母細胞瘤細胞的影響及其相關機制

Previous research observed increased TNTs formation between hypoxic and normoxic neuroblastoma cells, aiding hypoxic cell survival. CHGA was identified as a potential factor in this process. This study compared CHGA expression and whether CHGA exists in TNTs in five cell lines, with SH-SY5Y showing the highest levels, followed by SK-N-BE(2)C, while the other three showed lower expression. Future studies will focus on the impact of CHGA on cell survival and its mechanisms.

奈米 MPC 材料應用於電阻式有機氣體感測器

工業環境中揮發性有機化合物(VOCs)的洩漏不僅危害人體健康,更可能導致工安事故。現有氣體感測器常存在選擇性低、反應時間長等限制。本研究開發高選擇性與快速反應的奈米材料導電式氣體感測器,以實現即時監測。 研究中合成並測試六種銀奈米 (Ag-MPC)材料:Ag@C6、Ag@C12、Ag@C16、Ag@MCP、Ag@C12/MCP及Ag@C12/MBT複合材料。在500-5000 ppm濃度範圍內偵測1-丁醇、正辛烷及間二甲苯等目標氣體的電阻變化。實驗結果顯示,Ag@C12經官能基修飾後,對1-丁醇具有明顯的選擇性。我們開發基於Arduino微控制器的即時監測系統,透過運算放大器電路實現高精度的電阻變化檢測。可以在工業環境中持續監測VOCs濃度並即時示警。未來將著重於優化訊號放大電路、開發新型官能基修飾材料、實現複雜氣體混合物的組分分析。開發成本低、反應快、選擇性好的感測系統,為工業安全監測領域提供實際應用價值。

探討藉由隧道奈米管(TNTs)傳遞Chromogranin-A對神經母細胞瘤細胞的影響及其相關機制

Previous research observed increased TNTs formation between hypoxic and normoxic neuroblastoma cells, aiding hypoxic cell survival. CHGA was identified as a potential factor in this process. This study compared CHGA expression and whether CHGA exists in TNTs in five cell lines, with SH-SY5Y showing the highest levels, followed by SK-N-BE(2)C, while the other three showed lower expression. Future studies will focus on the impact of CHGA on cell survival and its mechanisms.

Nanoparticles and Aqueous Amine-Based Formulation to Develop CO2 Foam for Sequestration and Oil Recovery

Carbon dioxide (CO2) is an important greenhouse gas that helps trap heat in our atmosphere; without it, our planet would be inhospitably cold [1]. It is the fourth most abundant gas in the Earth's atmosphere. It is a byproduct of normal cell function when breathed out of the body, and produced when fossil fuels and organic wood compounds are burned [2]. However, an increase in CO2 concentration in the atmosphere can contribute to climate change and ocean acidification, and exposure to high levels of CO2 can produce a variety of health effects [3]. Human progress and economic innovation have led to increased emissions, causing climate change and affecting all living creatures. Current levels are 36.8 Gt CO2 in 2023 and are expected to reach 54-56 Gt CO2 by 2030 [4]. Figure 1 displays the current atmospheric CO2 measurements at Mauna Loa Observatory without seasonal variations [5].

旋轉的力量–離心力抽水機與其變因對抽水效率的影響

此研究是關於一個離心力抽水機的理論建模和實驗設計,我探討了此抽水機的流量與出口流速、分別影響了時間內抽出水量或抽水落地的位置。在初步的實驗觀察中、我發現抽水時的不同流況以及其影響,並且用定性解釋去描述它的邊界條件。在我流量的理論建模中,我考慮了基本的離心力與重力、雖然這兩種力描述了水的運動、但無法用來預測流量。我再加入白努力方程式來計算壓差、並充分的考慮摩擦阻力在紊流情況和水管材質。之後我利用F=ma推導水受合力的情況、考慮離心力、重力與摩擦阻力能到出口流速的預測。最後將理論裡實驗比較、結果非常相似。我利用3D列印改變6種抽水機的變因,將每項的結果與理論比較、並分析其誤差的原因。最後利用先前的結論能夠的設計一個可客製化與最佳化的離心力抽水機。

旋轉的力量–離心力抽水機與其變因對抽水效率的影響

此研究是關於一個離心力抽水機的理論建模和實驗設計,我探討了此抽水機的流量與出口流速、分別影響了時間內抽出水量或抽水落地的位置。在初步的實驗觀察中、我發現抽水時的不同流況以及其影響,並且用定性解釋去描述它的邊界條件。在我流量的理論建模中,我考慮了基本的離心力與重力、雖然這兩種力描述了水的運動、但無法用來預測流量。我再加入白努力方程式來計算壓差、並充分的考慮摩擦阻力在紊流情況和水管材質。之後我利用F=ma推導水受合力的情況、考慮離心力、重力與摩擦阻力能到出口流速的預測。最後將理論裡實驗比較、結果非常相似。我利用3D列印改變6種抽水機的變因,將每項的結果與理論比較、並分析其誤差的原因。最後利用先前的結論能夠的設計一個可客製化與最佳化的離心力抽水機。

塗色次數期望值之研究

n個圓圈以一維排列所構成圖形中,若指定當中一圓圈塗色時,其左右相鄰圓圈各有1/2機率被塗色,欲求出使得該圖形之指定塗色次數的期望值達最小之最優化塗色方法。本研究共探討了n個圓圈之「直線排列」、「環狀排列」與n個圓圈及m個圓圈之「環狀結合直線排列」等三種圖形。