全國中小學科展

臺灣

無「鰭」不「泳」—探究水平尾鰭對其運動行為的影響

這是截至62屆科展為止,第一件研究水平尾鰭在水中運動行為的科展作品。 歷經長時間努力終於研發出能模擬海豚利用水平尾鰭的擺動在水中向前游動的「機械海豚」,更進而研發【水中推進力/升力測量儀】,成功以「重量」形式呈現水平尾鰭在不同變因下所產生的推進力及升力,透過「推升比值」精準檢視其前進能力。 研究發現水平尾鰭的擺動速度、面積、形狀都會影響其在水中的前進能力,有趣的是尾鰭擺動得越快,不見得會越游越快喔! 最後研發的【水流檢測儀】可環景無死角地看出水平尾鰭擺動時的水流變化,小檢測球的設計更是讓水平尾鰭後端的4個漩渦完美地呈現在眼前!證明水平尾鰭的擺動會製造渦流降低前進的阻力以提高前進的效能。

『斑』鍵報告-外來入侵種斑腿樹蛙族群的控制(以八里挖子尾樣區為例)

本研究進行為期一年的兩棲類調查與斑腿樹蛙移除控制,發現在斑腿樹蛙的繁殖季進行移除控制,確實可降低樣區中斑腿樹蛙的比率。調查發現斑腿樹蛙出現在竹子上的機率最高。在繁殖季斑腿樹蛙會聚集在積水的容器及蘆葦林繁殖。斑腿樹蛙族群的背紋及腿部網紋形態多樣性高。卵泡有黃色及藍黑色2種。卵泡平均含卵數351粒,孵化率74%。繁殖季定期巡視產卵熱點可有效移除卵泡,遇到斑腿蝌蚪可將其撈起或將積水移除,對難以移除的繁殖熱點應進行棲地營造以利保育志工的移除與控制。移除斑腿樹蛙需熱心的志工協助,定期進行兩棲類調查並移除斑腿樹蛙,才能有效的控制斑腿樹蛙在台灣的擴散。

「植」彩堆「蝶」,紙色迷人

本研究探討將蔬果粉調製成染劑,染印到紙張中,製成蔬果畫紙,使其變成趣味科學玩具,透過玩中學的方式,提升同學們的學習動力。 為了將顏色科學化的呈現,特別研製一套色彩鑑定方式進行後續實驗。對於要染印的紙張選擇,從吸水效果、暈開程度、烘乾後捲曲度、著色效果、顯色效果,以及保色效果等面向,綜合評估後紙張選用最符合條件的達文西設計紙。 最後染劑的調製,以濃度、浸泡時間、保色、複合蔬果配方等進行探究下,發現染劑以蝶豆花粉為基底,混合薑黃粉、甜菜根粉、藍莓粉與桑葚粉,配置成濃度2%,並加入濃度5%鹽水強化保色效果與濃度3%維他命C水強化色彩飽和度,浸泡1小時再低溫烘乾,可產生最多種的顏色變化。

鴨行無阻-鴨子行進陣列與其省力情形之探究

本研究透過水池、橡皮鴨與伺服馬達,模擬鴨子在水面上游動的情況,藉由馬達回傳的電功率值,計算鴨子在游動時的阻力,希望找到鴨子在何種情況下最省力。透過改變鴨子的排列方式、大小、速度等變因,嘗試找出這些變因與其游動時阻力的關聯,並引入參考文獻中省力係數以描述省力的程度、用波長、水深、波速的函數關係來計算波長、並嘗試描繪尾波,透過這些以協助結果呈現並計算出難以測量的部分。最後會透過繪圖的方式來討論鴨子與水波的關聯以解釋阻力的變化,再總結出鴨子在何種排列方式、大小能夠達到最省力的狀態,完成本研究的主要目標。

魔法變變變!把吃剩的米飯恢復原狀

本研究對米飯復熱後性質進行探究,我們先進行問卷調查,作為實驗設計的參考。我們以臺東的關山米來做為復熱實驗的研究對象,並以第三屆臺灣稻米品質競賽的冠軍池上米來當實驗參照組,將已經通過專家驗證的米飯,跟我們的實驗數據做比對。 我們針對米飯保存時的溫度、時間;復熱時所使用的容器、復熱設備等變因進行探究,結果顯示:將米飯用保鮮膜包覆冷凍保存,以陶瓷容器盛裝、以微波爐復熱,米粒的長度、透光度、黏性和彈性都會非常接近冠軍米的數據。 最後,我們將最佳化方法復熱的關山米,與當餐煮的冠軍米提供給同學試吃進行忙測,高達52%的學生覺得復熱後的關山米比當餐煮的冠軍米還好吃!這套米飯復熱的方法簡單方便,已達到我們的研究目的。

衛星影像分析-集集攔河堰水體計算

本研究利用福爾摩沙衛星5號及Sentinel-2之衛星影像監測2018-2023年集集攔河堰集水區的變化量值,並利用Semi-automatic Classification Plugin(SCP)及Normalized Difference Water Index (NDWI)兩種指標運算方式,比較集集攔河堰的水體面積變化及兩種指標的差異與應用。結果顯示NDWI相較於SCP更接近水利署所提供的航照資料,因此NDWI在測量水體範圍上具較高可信度。 如果用(面積×水位高度)無法真實計算可利用的水資源,因為水面下的沉積物會隨時間增減或遷徙。因此我們利用地表輻射值與數值高程模型(DEM)模擬水下的沉積物堆疊情形。為證實地表輻射值與地形有關聯性,因此利用水利署光達剖面圖資與本研究計算結果比對,發現乾季時模擬結果與光達實測地形資料高度相似。

應用機器學習實現家務輔助機器人-以收玩具為例

經過調查發現有幼兒的家庭,共同困擾是「玩具亂丟」,目前市面上沒有產品能解決此問題,本研究利用機器學習技術,以自動收玩具為例,研製可協助整理地面雜物的家務輔助機器人。本研究結果發現圓型內置2輪底盤有最佳室內移動效果,觸碰避障有100%避障成功率,夾具可夾取並攜帶2至14公分範圍的玩具或物品,視覺感測模組最佳安裝角度是60度,最佳辨識距離為14~16 公分,統整以上結果作為設計依據,採用邊走邊找法於不同環境實測,在界定範圍內可達到83.33% ~ 98.33% 的收玩具成功率。我們利用無線電波訊號強度設置虛擬圍牆及基地範圍,結果顯示可達 63.33% 的折返成功率及55% 的收玩具成功率,主要是無線電於室內短距離空間,無法精準定位所致,持續改進將可達更實用等級。

青銀共好AI智慧宅

本作品主要是以節能、安居、健康為三大主軸,建構一個AI智慧宅。節能部份所設計的「智能窗簾」,可依光線強弱適時調整室內亮度;同時也設置「智慧插座」,當用電超標時,系統會即時通知人員處理,也可利用MQTT Dashboard控制及查詢。另外自製「AI人臉門禁」,偵測成功便直接開門,若偵測到陌生人時,能直接發送LINE通知屋主,確保居家安全。並搭配LINE-BOT所建立的即時監測系統,能馬上查看家裡的空氣品質及長輩的血氧測量狀況,而「AI藥盒」讓用藥者 以「人臉辨識取藥」,所取得的藥物也能立即AI辨識查詢。經所設計的辨識實驗,在室內有開燈,輔助光源為白光辨識藥物效果最好。並開發出網路版及單機版的兩種操作模式,讓藥物管理更有效率,藉以保障家人的用藥安全。

浮屋減振定錨設計之研究

本研究目的在找出浮屋定錨系統最佳避振的懸吊系統裝置方式。研究發現串接的定錨設計方式,且上重下輕能有效的減少晃動。在水深度不深的情況下,水下的懸掛物越重(但不可超過浮力)、越深,並且放置在與波前垂直的重心線兩側可以減少許多水平方向的衝擊。經過實驗數據的檢視與物理駐波的討論,發現串接的懸吊系統其懸吊物擺放在節點處可以大大的降低晃動。本研究依據物理公式v=√(F/μ)與v=fλ推算出懸掛物的節點位置,實際安裝後減振率達50%以上。振波藉由繫繩傳遞能量,而配重的定錨在節點處提供繩張力並且穩定的振動,利用繩的振動來消耗振波的能量,繩上的浮球可以降低繩張力並增加振波能量的消耗。文末並提出其他減少晃動的可能性建議。

光學式震動裝置

本研究開發的多軸向光學式震動測量裝置,結合物聯網技術達到監測震動訊號並即時警示的目的,首先確認慣性單擺的光柵繞射光學特性能有效測量出震動訊號,並可在連續震動狀態下,有效且持續記錄震動訊號。其次在震動訊號分析上,以OBSPY程式輸出訊號頻譜圖,並自行開發的Python程式利用增加執行緒的模式,提升影像紀錄取樣率達到符合資料分析所需之奈奎斯特頻率(Nyquist frequency)條件,並進行運算與濾波將數據有效運用。更透過3D列印技術製作出可記錄平面震動與垂直震動訊號的微小化多軸測量裝置,將監測與紀錄震動訊號之數據,透過物聯網傳輸,儲存於雲端資料庫內,同時可即時偵測震動訊號是否超過警示數值,並透過line notify將警示訊息發送出去,達到即時監測與警報的目的。