全國中小學科展

臺灣

基於深度學習卷積神經網路的垃圾分類裝置研究

垃圾分類是環保重要的議題,本研究提出一個自動辨識垃圾分類的裝置,透過深度學習卷積神經網路來進行分類辨識演算,特別是直接透過影像辨識垃圾物件外觀,均有良好的效果。經測試,本系統已能有效分辨垃圾物件,在神經網路模型的評價中,平均mAP 為 0.973,而針對實際垃圾物件進行辨識,在固定外型的垃圾物件中辨識率達98% ; 而在包括形變的垃圾物件中辨識率仍具95%;本研究證明利用卷積神經網路直接辨識垃圾物件具備一定的辨識率,若進一步發展有機會優化網路效能及辨識程式運作效率,可大幅度降低硬體的成本,擴大提升垃圾桶具備垃圾辨識的能力並進一步普及化並結合物聯網、雲端技術及智動技術擴大垃圾分類自動化的可行性,為地球環保盡一份貢獻。

簡易方法測量勞侖茲力

在一個壓克力製的長方形盒中放入兩層濃度不同的食鹽水,將一隻尖端磨平的針頭水平置放在盒中,針頭出水口恰沒入上層濃度較小的食鹽水中,針頭以橡皮管和滴定管相連,滴定管灌滿染料水溶液,打開活栓瞬間,染料在食鹽水中形成漩渦偶極子,由漩渦偶極子移動距離隨時間的變化,可求得染料作用於食鹽水的慣性力。等位線與電場實驗的電場形成盤放入兩層濃度不同的食鹽水,用兩片平行金屬板做電極,在食鹽水面上放一磁鐵,磁鐵下方滴入數滴染料,食鹽水中的離子受電力、勞侖茲力及黏滯力作用亦形成漩渦偶極子,由漩渦偶極子移動的距離隨時間的變化可求得勞侖茲力。

強磁場下電漿孤立子的演化

本計畫採用數值模擬進行研究,並建立一維電漿模型來模擬電漿孤立子在不均勻背景中的演化。藉由模擬及觀察一維電漿系統中的各種振盪,驗證模型之正確性。在模型建構的過程中,曾針對數值精度問題、能量、動量不守恆提出各種解決辦法,最終完成的模型可以完全詮釋馬克士威方程組中所有電場與磁場的行為。此模型已檢驗過幾種在電漿中的波,包括:Plasma oscillation、Ion acoustic wave、Hybrid oscillation、Extraordinary wave(X wave)以及Magnetosonic wave。其模擬結果與理論值相當接近,代表此模型可以正確演示真實電漿之行為。接著模擬在強磁場以及不均勻磁場中,孤立子的各種行為表現以及演化方式,我們可以尋找某些物理量,其足以代表孤立子在系統中的行為,這個結果或許可以提供線索幫助我們了解星雲的能量來源。且這個模型未來將用於預測電漿物理學的未知現象及分析電漿態星體。

抽絲剝繭的新世代嫘祖—棉花糖機的製作及棉花糖潮解探討

在經歷自製十代棉花糖機的過程後,我們將孔徑2mm、洞數192個、孔洞呈螺旋排列的轉盤(放糖容器)組裝在轉速8000 rpm馬達上,然後以酒精燈提供將糖融化的熱源,接著拿起長竹籤收集糖紗,成功自製棉花糖,完成一部組裝簡單、製作量多的棉花糖機。 以各種糖品做成棉花糖時,硬糖方面建議用以檸檬糖為原料做出的棉花糖最快做好。若將白砂糖加上葡萄糖漿、奶油、油(細水柱狀)、油(噴霧狀)融在一起能做出延緩潮解時間的棉花糖,其中又以在棉花糖外噴上微量油霧,能有效隔離外層水氣,效果最好。

當地震發生時—路上交通工具的變化

一、從看電視時,突然發生有感地震,家人都很慌張;到了學校也舉辦防震演習,使我們知道地震發生時,該如何來防備。可是真的強一點的地震時,大家都不知所措。 二、我們研究的重點是當地震發生時,路上交通發生怎樣的變化?我們設計了圓球體、圓柱體類和單輪車、雙輪車、三輪車和四輪車;在路上行駛時突然地震,會有怎樣的變化。 三、實驗時,我們利用廣告顏料塗在輪子上,當地震發生時,這些器具會在地震板上留下痕跡,我們從這些痕跡判斷地震當時的車子是怎樣前進的;也知道火車車廂在鐵軌上的行駛狀況。 四、建議交通部對交通工具中的安全設施,應該想出安全的方法,來保障旅客生命的安全。

晶晶相擁—探究多樣態結晶及顯微縮時攝影在結晶之應用

本研究主要在探討晶體成長的各因素及其應用,我們先找出適合結晶的條件,然後進行四種礬的晶體培養,以及「包心結晶」探討,接著在雙、三溶質結晶的實驗,發現明礬與紫礬獨特的融合結晶現象,也利用顯微鏡結合縮時攝影機做微小晶體的動態觀察,以顯微測量技術計算晶體成長速率及使用軟體量取晶面角,我們做出了以下特色 : 一、培養出比前人所做更大的結晶。 二、培養出明礬與紫礬的融合結晶。 三、培養出大型及極微小的五層包心結晶,並找到最適合的包心結晶條件及修正晶形。 四、將縮時結合顯微攝影,對微小的結晶進行動態拍攝,計算出結晶速率,以及使用顯微測微技術運用在晶體測量上,增加測量準確度。

致命藍色吸「螢」力

豬籠草的瓶口會發出藍色螢光吸引昆蟲掉入這個致命陷阱,我們試著找出市售的豬籠草是否有這現象。為了怕溫度影響我們的萃取物,我們先探究常溫萃取螢光物質的可行性,發現以往科展作品中需高溫萃取、靜置一天的作法,都能以常溫下用椰子油的方式來取代。我們找到品種為米蘭達豬籠草的瓶口有藍色螢光,並成功以椰子油與乙醇代替資料上的三氯甲烷和甲醇萃取瓶口的藍色螢光物質,此物質可經純化、再結晶成白色的針狀結晶,也拍到與資料相同的螢光波長。我們也發現豬籠草的葉綠素經過椰子油先處理後,可以使乙醇較容易萃取出藍色螢光物質。在應用上,以藍色螢光取代捕蚊器的光源來誘捕蚊蟲,平均總量約為未改裝捕蚊器的16倍。

廢棄物大改造-環保創新多功能攜帶式空調

本研究的產品目標為輕巧攜帶方便,計可用於室內小坪數的房間,和室外露營場所,直立式設備配合台灣窗戶形狀,並透過配重均勻設計可安裝於窗戶或者直接放置於地面,而目前國人露營風氣盛行,但全球暖化的影響,在郊區的露營區夜晚的舒適度。研究成果經過性能測試,可以有效將四人帳在環境溫度控制在30℃下有效降溫至人體舒適溫度22℃,並且在環境溫度控制在19℃下,可將帳棚內溫度保持在28℃。証明此設備是可以做冷、暖氣器使用。

別怕!我『罩』你!口罩也可以很環保

一次性口罩的材質都是不織布,原料是聚丙烯或是聚乙烯,是一種半結晶的熱塑性塑膠,使用完就丟,並不環保。希望可以藉由這次實驗做出環保又能預防PM2.5的口罩。

草藥對癌症轉移之影響

癌症轉移是大部分癌症治療失敗的主因。癌症轉移涉及癌細胞不正常活化周圍蛋白水解酶並將胞外基底膜基質(ECM)降解,讓細胞得以轉移至其他器官。本研究聚焦於研發可以阻止癌細胞侵襲其他組織或轉移的藥物,並期望能以藥物控制蛋白水解酶的活性,進而達到降低癌症轉移的機會。我們發現兩種草藥萃取物(MSL-G和MSL-H)可有效地抑制肝、肺和攝護腺癌細胞的移動侵襲力。實驗結果顯示,此二草藥萃取物可有效抑制基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase 2 and 9 (MMP2/9))的活性,並促進金屬蛋白酶抑制蛋白(TIMP1)的表現。因此這兩種草藥萃取物可能促使TIMP1的表現進而抑制MMP2/9的活性,或同時具抑制MMP2/9的蛋白酶活化機制,並指出此兩種萃取物具有開發為抗癌藥物之潛力,計畫將利用動物實驗進一步驗證此藥物對癌症轉移的效用。