全國中小學科展

依國際科展年度查詢

臺灣

蟲蟲「苦」憐

本研究探討利用苦楝天然乾果製成的水萃液和酒萃液,作為無毒的家庭驅蟲劑。透過系統性的實驗設計和對照組比較,結果顯示苦楝乾果水萃液和酒萃液皆具有良好的驅蟲效果,其中酒萃液效能最為顯著。進一步分析不同製作參數的影響,研究發現細顆粒且未去皮的苦楝粉,製成濃度至少15%的萃取液,驅蟲效能最佳。實地應用結果也印證,苦楝水萃液和酒萃液能有效驅離並殺死孤挺花和木芙蓉植株上的介殼蟲、蚜蟲等害蟲,其中酒萃液保存較佳且立竿見影。除了驅蟲,我們也將苦楝糟粕應用於多肉盆栽,發現具有天然肥料及阻絕蝸牛的功效。本研究成果不僅對環保防蟲具有實用價值,更為未來開發苦楝等天然植物資源於家園管理提供新思路。

RFID雲端自動積點AI辨識回收垃圾自動開蓋垃圾桶

本研究主題是RFID雲端自動積點AI辨識回收垃圾自動開蓋垃圾桶,為了改善校園環境垃圾分類不確實,減少海洋垃圾的汙染,又可減少人與垃圾接觸的機會,降低細菌、病毒的傳播風險。本研究結合人工智慧影像辨識和機電整合自動控制與IoT技術,透過程式設計實現整體功能。 利用課程所學,將回收垃圾以不同數量、背板等來進行AI模型訓練,探究最佳辨識模型,並將訓練好的模型上傳到Pixetto AI鏡頭上,透過AI鏡頭進行回收垃圾影像分類辨識,運用程式驅動馬達開啟正確分類回收垃圾桶蓋,將辨識數據藉由IoT上傳雲端,達到垃圾分類更準確且減少人與垃圾桶接觸的機會,希望藉由獎勵制度有效地提升分類回收垃圾量、降低海洋廢棄物數量。

高效奈米印跡粒子萃取大葉欖仁液中單寧之特性研究

本研究以FeCl2及FeCl3莫耳數比1:2一鍋化合成MNP粒子並以TEOS包覆矽殼,APTES於表面修飾胺基,單寧為模板分子,丙酮為溶劑脫附單寧後可得對單寧具專一性的 MIP粒子,產率75.73%,由BET氮氣吸脫附曲線知MIP具較窄孔為尺寸均勻的球體。以波長279nm最大吸收度製作單寧檢量線y=13.15x+0.022定量未知液單寧濃度,欖仁葉釋放單寧濃度的條件探討選定吸收度最近1的最佳稀釋比1/5,煮液越久、越高溫釋放單寧濃度越高,且煮液時間與釋放濃度為線性關係,吸附測試過濾效果以Filter最佳,加奈米粒子量越多吸附率增加,達吸附飽和所需量不同,萃取率隨MIP加入量而增加,0.08g為最佳量,萃取率82.634%,HPLC分析欖仁液主成分為單寧,MIP萃取率高達98.97%,並開發新製程MIP粒子合成法高效提升單寧分子吸附率。

以自製光譜分析薑黃素含量與硼的螯合反應

本實驗利用自製光譜儀製作出薑黃素檢量線,並與UV-VIS的檢量線做比較,發現自製光譜可有效檢測薑黃素之最大吸收峰值,可檢測出市售含薑黃素產品中的薑黃素含量。另外也以自製光譜製作出了薑黃素與硼螯合反應之檢量線,發現薑黃素與硼的濃度越高,螯合程度越好,效果越佳;除此之外,利用自製光譜也探討了螯合反應之錯合物與水浴時間關係,發現文獻中所提及的水浴並不是必要的步驟,僅需蒸乾即可產生螯合物,但水浴時間越長,螯合物濃度越高,也發現螯合反應後不同放置時間的顏色變化,發現放置時間越久,則螯合物在目標波長的吸光度越低,應是螯合反應之中心原子脫落所致,並用自製光譜及薑黃素的螯合反應,檢測出市售蝦仁與鹼粽之含硼濃度。

居家隔離排風方式研究-以負壓隔離病房為範本

本研究以負壓隔離病房為範本,針對居家隔離排風方式進行研究,探討風速、送風口面積、模型長度與長寬比,對負壓差值和風量比的影響。相較於其他研究,本研究以一般房間作為實驗對象,並以每邊縮小十倍的房間模型來進行實驗,再將實際測試數值和理論數值進行比對。結果發現:排風扇風速與負壓差值呈正相關;送風口面積和空間體積與負壓差值呈負相關;排風扇與送風口面積比值為1~ 2之間時,風量比最接近理論數值。回推實際情況後可知:在2.46坪的套房留下 303 ~ 606 cm2的送風口,安裝風速 4.73 ~ 14.33m/s 的排風扇,可達負壓差值標準,增加居家隔離的安全性。

捷運AI異物辨識及智能煞車輔助系統

台中捷運發生吊臂掉落,造成傷亡慘重。我們查找文獻缺失,利用機器學習Google Teachable Machine和數學相似演算法,做出AI異物辨識系統,解決捷運無法主動偵測異物的問題。經文獻得知,列車煞車需167m,我們透過鏡頭變焦和倍率放大提高辨識距離。用Mediapipe Holistic和角度比值演算法解決距離辨識的問題,做出險阻手勢AI辨識系統,解決隨車員和月台保全無法溝通的問題。用MQTT傳輸技術,設計無線控制按鈕,經由ESP32和L298N控制列車啟閉,減少隨車員尋找鑰匙等流程,錯失救援時間。此外,我們建置的系統將軌道沿線辨識異物,上傳Google雲端試算表,供政府進行預防措施。

「炭」觀止矣-生物炭吸附水中汙染物之探討

在本研究中燒製溫800°C、600°C、400°C的竹殼與大王椰子生物炭對亞甲藍與磷酸鹽溶液皆有吸附效果並皆符合Langmuir以及Freundlich等溫吸附方程式。在生物炭吸附量的比較中,藉由實驗參數qm((最大吸附量)的比較,知在在亞甲藍與磷酸鹽溶液中,論論燒製溫度的高低與否,椰子生物炭普遍較好(最大吸附量),唯一例外為在亞甲藍溶液中燒製溫度800℃之竹殼生物炭吸附能力佳(。最後在動力學模判斷中中,們藉藉由實以以及理論衡吸吸附量,計算出相對誤差值進行比較。亞甲藍溶液中,400°C、600°C以及800°C生物炭皆符合擬二級吸附動力學。磷酸鹽溶液中,400°C及600°C燒製的大王椰子與竹殼生物炭分別較適用擬一級與擬二級吸附動力學,而800°C燒製的生物炭皆適用擬二級吸附動力學。

整數模n的加法組合設計之探討

將兩個相同的n角齒輪重疊後,再砍去若干個特定重合的角,欲使上層齒輪在繞公轉軸旋轉一圈的過程中,兩齒輪皆有重合的缺角,在這個目的之下探討砍去的角數量,使其最小化,將其最小值稱為n角齒輪的最小可行數,以符號記為f(n)。我的研究是考慮自然數 ,對於砍去角的位置,制訂設計方法,在數量上求得f(n)較好的上界與下界。我將這個問題代數化,運用集合與數列的概念進行研究,進而轉換為組合設計的最佳化問題。特別的,若齒輪中任意兩個缺角在圓周上的最短距離皆相異,則表示砍去重合角的位置為最緊緻的狀態,將這些特殊的缺角位置稱為完美集合,我也試著探討缺角為最緊緻的特殊情形,分析完美集合的存在性。

黑白配-探討毛毛蟲種類與段數的規律

本研究旨在探討科學研習月刊60-3期中「黑白毛毛蟲」的問題。意即在一類身體有黑、白色花紋相間的毛毛蟲中,每隻毛毛蟲從頭到尾巴,恰好可以分成四個段落,且這四個段落剛好是兩段黑色及兩段白色,那麼可以分成多少種類的毛毛蟲呢?其身上的顏色段數總和是多少呢? 先以直接劃記的方法解題,藉由觀察及分析探討,再利用二項式定理、巴斯卡三角形、排列組合的方式推論出符合的關係式。最後進一步延伸探討,當毛毛蟲身體段數為2n,3n時,其毛毛蟲的種類和身體顏色段數總和之間的關係,以及遞迴關係式。

大紅斑與周邊擾動的糾葛

在本實驗中,我們亟欲了解木星大紅斑其周圍不穩定之形成機制,意即探討大紅斑渦旋本身與其周邊風切帶之互動情形。第一、我們討論了風切帶之形成:有別於前人研究,我們使用全球準地轉淺水模式,在準地轉平衡的狀態下,渦漩會逐漸合併並緯向延伸,最終得出行星風系條帶狀僅為低頻波所產生之效應,且自轉越快帶狀越明顯;第二、透過克希霍夫渦旋理論,大紅斑始終能保持橫向的橢圓形結構且長軸不會旋轉係因為風切帶之加速效應;第三、我們使用淺水模式進行模擬實驗,發現大紅斑之非對稱西側擾動形成原因有二:一為大紅斑對風切帶之加速,以及木星低緯度風速較快加上風切帶之間具有渦度梯度形成之正壓不穩定效果。二來緯度越低則行星渦度越低,慣性不穩定易形成,即力學能差異越大不穩定越易形成,而此部份我們也以水工實驗展示。