全國中小學科展

臺灣

AI排球教練

現在流行AI,我們就想設計一款程式來教人打排球。首先下載python、opencv和mediapipe的Pose landmark detection guide,然後寫入程式,印出關節點的座標。接著找排球隊員,拍攝托球、低手接球、發球、扣球的影片,然後擷取碰球瞬間的影格,載入程式中並計算各個關節點之間的角度,從而定義出標準動作中的各個角度。接著拍攝初學者的各種基本動作影片,然後依照同樣的方法計算各關節點的角度,再與標準版的角度做比較,即可列印出初學者在各個關節點應該修正的角度。再利用Arduino及壓力傳感器做出托球矯正手套,讓人托球之後用LED顯示各個指頭觸球的先後順序,再讓人矯正手指的動作。藉由AI的操作,可以讓初學者快速知道自己的缺點,也知道修正的方法,這就是AI教練的魅力。

環環相切——三角形中的多「圓」宇宙

本篇主要在探討三角形內多圓連續相切的幾何問題,並將狀況依序分為二、三、四圓,其中完整分析出正三角形及等腰三角形的分割線段長比,而任意三角形則於坐標化後才討論。過程中為更進一步探討任意數量分割圓的性質,我們將三角形其中一頂點置於原點上觀察,以此發現並證明了所有圓心會共同一條拋物線、雙曲線之漸近線通過分割點且垂直底邊、存在公切圓且此圓會過三角形頂點等幾何性質。 此外為求分割點坐標,我們利用內切圓的相關性質得出兩迭代公式,以此解決了原題的一般化情形,而在延伸討論中,我們探討了分別與雙邊及單邊相切的圓,前者為文獻中的「馬爾法蒂問題」,後者我們則是分析「分割中心」的存在性及其所在位置。

「互」 貴「花」開-海路應用之初探

互花米草佔據金門沿海造成生態危機,我們將滿坑滿谷的廢棄互花米草做實驗,讓互花米草再生利用。 由實驗得知,將互花米草添加於混凝土裏,測得坍度符合中度工作性,而混凝土內有綁紮互花米草三角形與正方形圍束數量越多,抗壓強度越強;且長方形下層綁紮條數越多,抗彎強度也越強,並實際鋪設校園步道堅固耐用。 現有「海路」採無筋混凝土施作,是因為鋼筋埋入潮間帶的「海路」會生鏽脹裂混凝土,今可「就地取材」將互花米草應用於「海路」,互花米草長期生長於潮間帶且不會生鏽脹裂,不僅可提升強度,還可讓廢棄互花米草變廢為寶,因此我們推廣宣導及自製金門特色文創-文鎮、杯墊、手機架等義賣做公益,達成SDGs,開創「永續金門」新局面。

頂刮刮-智能刮水車之探究

本研究主要探討如何製作出一臺智能刮水車,透過自製的車體連接刮刀,使用拉伸彈簧連接刮刀與車體,提供路面高低時的緩衝,與刮水時的拉力。經過實驗證明,使用雨刷搭配1 kg的彈簧拉力可以將積水刮開621公分,透過自製積水感測器,可以感測車輛是否通過積水,感測器安裝在刮刀前方,能有效的了解刮刀內是否有還有積水,搭配刮刀升降系統,在有積水時放下刮刀,在車輛行駛時刮刀上升,將刮刀摩擦力影響降到最小。透過電子羅盤定位籃球場的方位角度,自動修正刮水車前進偏移的問題,搭配量測車輛速率後,配合換算距離的方式,讓刮水車順利實現在籃球場上來回刮水的功能。

荷花葉菊花影-側面疏水性水紋與光學折射現象探討

本研究主要探討疏水性較大植物葉片在水中形成的水紋與葉片影子之關聯,探討不同植物、水深高低、光線方位與角度、水紋類型、水紋對光線偏移角度及水紋曲率半徑與影子變化之關聯。透過各種實驗,我們發現能明顯觀察出水紋的植物為主要影響影子變化的因素,因此我們近一步觀察了水生植物的水紋,並發現疏水性為此研究中的關鍵原理。當疏水性植物具有不規則的割痕時,由兩方葉片產生的疏水性水紋會相互交疊,使水紋更加明顯且邊際線較長,進而影響光線折射角度,影子內凹情形最為明顯。我們也計算了水生植物水紋的曲率半徑,但計算結果與實際水紋誤差較大,因此我們推論水紋可能為非線性疊加,導致計算結果與實際水紋不符。

設計與合成活性螢光探針應用於硫化氫之偵測

本研究設計出一款新型偵測硫化氫之螢光探針,螢光主結構選用BTIC,以疊氮基偵測硫化氫,利用側鏈將探針帶入粒線體。本實驗已合成出BTIC-N3和BTIC-N3-2,並透過NMR氫譜確認獲得目標產物。利用UV燈及螢光光譜儀證實兩款探針對於硫化氫的偵測能力並且兩款探針在10分鐘內皆可顯現出最高螢光強度,且BTIC-N3-2具較佳的螢光效果。此外,在選擇性測試中,加入硫化氫的探針產生之最高螢光強度約為其他試劑的9倍,確認了探針對硫化氫的高度選擇性。最後,我們預計將探針實際進行生物顯影,做多個結構顯影的比對。希望此款螢光探針除硫化氫偵測外,還能夠進行生物機制探討或疾病細胞篩選的應用。

重建教室的半壁江山─磁性漆的應用特性與環保自製技術探究

本研究源於改造教室牆壁汙損問題,因而發展出對磁性漆產品的性質與應用技術探究,並進一步運用廢棄暖暖包粉末的磁感性進行環保自製技術與效能探究。研究中以自製塗漆裝置和磁吸力測試裝置來瞭解磁性漆效能。 結果發現:磁性漆不具磁性,而是運用其磁感性和磁鐵產生磁吸效果,成份極可能是400系列不鏽鋼,並以塗在粗糙材質有較佳附著性也可透過增加塗漆厚度、選用磁極面積大的磁鐵來增加磁吸力。用畢後的暖暖包鏽粉內仍包覆具磁感性的鐵,且磁感性隨時間漸減,若用磁漆粉三倍的暖包粉量混合乳膠漆,磁吸效果和市售磁性漆相近。最後,根據研究啟發實際改造教室牆壁和製作益智桌遊,創造嶄新的教室學習空間,並發現其作為磁力線觀察教具的優勢。

「保水力」水得,解植物的「渴」--探討茶菌膜應用於土壤保水劑之成效

在全球面臨極端氣候影響的背景下,提高用水效率和選擇環境友善的土壤添加物已成重要議題。我們進行了一系列實驗,旨在找出具有最佳含水量和保水力的茶菌膜種類,並將其混入原生土壤中,種植空心菜以進行評估。研究結果顯示,在培養了四週的綠茶菌膜細目1.5×2mm的土壤中,保水力表現較佳。與市售的保水劑聚丙烯酸相比,添加了2%的乾燥綠茶菌膜細目的土壤種植空心菜效果更好,同時對土壤健康和環境保護更友善。這項研究結果提供了一種潛在的環境友善的土壤保水解決方案,可幫助果農在全球極端氣候變遷下提高用水效率並減少對化學保水劑的依賴。

「攀繩猴」—山區救難運具的可行性

我們在生活科技課學到powertech競賽中各種仿生獸的設計與實作,因此發想藉由powertech材料包發展出一種可以攀繩的機械獸—「攀繩猴」。除了探討攀繩的材料種類及繩張力對於其運動的影響外,並且嘗試以各種變因,例如仿生獸的重心配置、攀繩猴的臂展長度、齒輪箱的變速齒比等,測試分析我們設計出來的攀繩猴。接著調整上述變因,來測試攀繩猴的競速、爬坡及負重能力。最後我們希望能攀繩猴在實際擔任救災運具時,能在模擬的惡劣狀況下,發揮其所具有的救災潛能。

孤注一擲:購物傾向與價值知覺研究

過去研究認為理性判斷在人的決策過程(包括購物)中具有重要影響力,但追求「未知刺激」的購物行為在日常生活中仍時有所見。有鑑於此,本研究設計實驗,驗證人們在完全自主選擇情境和沒有特定偏好情境中的購物選擇。研究結果發現:人們購物時,確實多數會秉持理性判斷選擇安全的已知結果而非冒險的未知選項;就算選擇冒險的未知選項,背後還是受到以期望價值為基礎的理性規則約束。總而言之,人們的購物行為如同過往印象,傾向理性判斷過程。本研究探討了購物行為和理性的關聯,為販售類似性質產品的商家在商品內容設計及訂價方面或能有所啟發。