全國中小學科展

臺灣

它罩得住我

本研究主要為進行安全帽改造,昔日我們常見關於汽車的盲區偵測、內輪差等先進技術皆建置於汽車上面,但實際在行車上造成災害發生的主角大部分為機車,我們閱讀相關文獻發現目前並無機車有相關技術,再者我們希望此技術可以讓騎乘機車、電動機車、電動腳踏車、腳踏車等對象皆可使用,因此我們於安全帽上裝設鏡頭及雷達感測器,透過鏡頭進行車輛物件識別,以識別車輛類型及輪距,進而以公式繪製內輪差曲線與進行盲區車輛偵測;透過雷達計算車側距離以判斷車輛是否會太靠近汽車或是落入汽車之內輪差範圍內,將以上偵測結果透過抬頭顯示方式直接投影在安全帽的面罩上,如此一來將可讓機車及腳踏車族在行車上更具安全性。

由紅螯螳臂蟹的趨光性探討高美濕地護蟹生態廊道之設置

在現代社會發展和生態保育衝突的氛圍下,設置生態廊道、幫助動物活動已成為社會文明程度的指標之一。本研究對台中市高美濕地的紅螯螳臂蟹之趨光性進行實驗,企圖建議設置生態廊道,用以解決大約30%的路殺機率之危機。我們在8~9月的繁殖季節,用Y字形迷宮和各色人工光源,對200隻以上的紅螯螳臂蟹進行趨光性和通道尺寸研究。結果發現:此蟹種極愛趨近1 Lux以下的紅光、不喜歡藍光,這和其他蟹種差異頗大。此外,此蟹種的運動喜歡截面積大約15 × 15平方公分的狹窄通道、也和當前的一些設計不同。這些結果對於護蟹生態廊道之設置極為重要。我們為高美濕地建議了一個生態廊道設計案、兼顧生態、教育、觀光的需求,並且符合SDGs的發展目標。

高粱酒糟應用於零換水養殖之效益評估

探討高粱酒糟作為零換水養殖補充碳源之效益,共分為三個部分。 一、正式實驗(一) A(魚溶漿+糖蜜C/N=15)、B(酒糟萃取液C/N=35.44)、C(魚溶漿+酒糟萃取液C/N=15)3組在氨-氮、亞硝酸-氮皆表現出清除能力,其中B組的生物絮團沉積量最多。 二、正式實驗(二) B組(酒糟萃取液C/N=15)在增重量、增重率、飼料效率上都有最好的表現,在肥滿度、肝體比、臟體比和腹腔脂肪比上也有最高表現;與C組(糖蜜C/N=15)無顯著差異。 三、正式實驗(三) 結果顯示,較大水體中的紅尼羅亞成魚能夠正常生長,其成長與飼料效率甚至較實驗(二)之魚苗更佳。 高粱酒糟作為零換水養殖中培養生物絮團補充碳源,具有促進生長、穩定水質的優良效果,且有價格低廉的優勢,極具推廣價值。

「微」電救地球——篩選優勢菌製成新式微生物電池充入手機

本研究研發出「能用池塘等高氨氮廢水來發電的新式微生物電池行動循環系統,搭配程式進行智能監控」。為了達成減碳的能源目標,我們設計了一個新式小型微生物電池。利用塑膠針筒連接常見的中藥塑膠罐,配合石墨棒加以改良,中間使用質子交換膜當鹽橋。串聯第14個微生物電池,電壓可達到7.53V,配合USB降壓板模塊,將放出的電能順利充入手機及行動電源儲存。首先將學校池塘水中的菌加以篩選出適合高氨氮環境中生存之菌種當成陽極微生物,能將含氨氮廢水以及葡萄糖氧化,配合傳統的魚菜共生形成新式微生物電池行動裝置,不僅達到綠能環保,還能行動自如地移動到不同水域進行發電。最後結合Arduino Uno程式監控水質,利用Arduino Uno程式搭配TDS感應器及繼電器,可以監測魚池中TDS雜質並啟動馬達抽水循環,Python程式回報水質。 本研究可解決環境汙染與能源缺乏的問題,期望達成水資源循環利用、永續發展。

針對梅花棋遊戲之人工智慧實作與分析

本研究旨在解決先前研究未解決的問題。而在本研究中對於對稱規則及非對稱規則的梅花棋遊戲,各提出兩大人工智慧演算法。分別是Minimax及Monte Carlo Tree Search。而在這之中,Minimax又被分為探索深度一層、兩層及三層、MCTS則是以模擬次數分為100、300、500、…、1900多個版本。而以目前的成果來說,我們認為其勝率並不理想。而主要的原因還是要歸咎於目前所有演算法的結果過於隨機化,而即使我們對於UCB公式進行優化,雖然勝率有所提升但仍然不符合我們的期待。為了解決上述問題,我們希望從根本解決運行效率過低的問題,而最顯而易見的方法就是在遊戲運作前先將人工智慧訓練完畢,也就是在遊戲開始時直接給予一套策略,令電腦無須再做額外的遊戲模擬。綜上所述,我們開始實作Tuple-Network、TD Learning及AlphaZero的相關架構,但礙於時間關係,模型尚未被訓練。

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。

好宅—菜宅擋風模型研究

「菜宅」是澎湖人因應冬季強勁且挾帶海水飛沫的東北季風,建來防風種植的設施,而菜宅有不同樣式與尺寸,哪個擋風效果更好?風吹到菜宅又會怎麼變化? 透過製作風向計、風向觀測架、風洞、菜宅模型與研究台,我們測量看不見的空氣。利用塑膠瓦楞板和水管製作壓縮比1.4倍、開口40cmx40cm的風洞,能讓工業電扇吹出風速3.9m/s~4.2m/s的相對穩定風源 。 牆面改變氣流,在不同支流交互作用下能在牆後產生逆向風和風無區,較高、較寬的牆面效果愈明顯,另外,具延伸牆的ㄇ字型和長方形菜宅,能阻擋側風吹入,也能阻擋側面支流進入菜宅,而改變迎風牆後的無風區和逆風區範圍。 據本實驗,在逆風區最遠處搭建第二道牆面(長方形菜宅)能產生最大無風範圍,增加種植面積。

「鹽」值擔當 水生生態池的永續經營

本研究透過開發板Micro:bit和ESP32以及AI辨識技術,創建了一套自動監控和調整水中鹽值的系統,有效監測並管理學校新建的水生生態池,實現其永續經營。設計理念希望水生生態池「生生不息」, 研究過程中找出現有的水生植物的相互影響,發現了不同水生植物影響水中的鹽值程度不同;而且不同的植物配對對水中鹽值程度影響也有差異。最後設計出一個平衡系統與監控機制,讓學校的水生生態池可以長久存續。

怕賠的我,把防禦力點滿就對了

股市投資涉及多元的因素和快速變動的市場趨勢,為了降低投資風險,我們希望找出個股適用的技術指標投資策略,因此本研究採用跨學科領域的科學研究方法,將財經和資訊科技兩大領域結合,使指標和程式交易相互配合,提高投資效率並降低成本。本研究使用個股適用的參數和組合進行回測,若回測有效,則系統將自動開啟網站進行交易。實作最初面臨策略難以靈活應變市場快速變化的挑戰,因此將原設計系統多次改良,以資料訓練的方式進行大數據分析,接著經由多階段篩選提高策略穩定性及降低投資風險。整體而言,本研究強調跨領域學習的應用,希望透過不同領域的知識,找出適合以技術指標判斷投資策略的個股,有效因應瞬息萬變的金融市場。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以(1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH 6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400 mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300 mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。