全國中小學科展

臺灣

「稻」出「鋁」想「充」能力

本研究利用農業廢棄物再加工後的-炭化稻殼,經食用醋處理後搭配環保防水明膠配方製成碳紙電極,作為可充式鋁電池的正極材料;負極則是在鋁箔上塗一層較環保無毒的PVA;電解液使用2M氯化鋁/0.1M食鹽水/5g醋酸鈉,吸附在濾紙上,成功製作出可充式「炭化稻殼紙/鋁電池」,充放電循環3次後,放電的初始開路電壓最高可達1.296V,初始短路電流可達137.1mA,串聯兩個電池後,成功使LED燈發光持續至少72天,亦可推動風扇在約4mA的工作電流下維持215分鐘。 本作品多使用食品級的環保材料,較以往作品具有低汙染、低成本、超輕薄、可充電、可彎曲等多項優勢,充電後的穩定性更優於市售石墨片電極,可連續充放電至少5次,期待能為大型儲能系統添加一股永續環保的新契機。

嚴以「綠」己、未來「無線」! 無線充電技術運用於未來綠能停車場之應用

我們研究的是如何實現未來電動車需求的綠能充電停車場的可行性探究,旨在改變電動車充電方式並結合綠色能源。經實驗量測結果得知,無線充電裝置在感應電勢較強的情況下可直接透過調整線圈的感應距離獲取所需的電壓,因此未來可應用在不同電動車的充電,為不同電壓需求的電動車提供所需電能。另外,在穩定供應電力需求方面,我們藉由並聯多片太陽能電池板增加發電量,並搭配良好的儲能蓄電裝置可提昇太陽綠能的供電效益,可以更穩定的提供給多台電動車同時進行充電。實驗也發現,透過偵測模組感應線圈上的電流變化可同時感知停車格使用數量。因此,我們的研究作為將來結合綠色能源與電動車無線充電技術設計的未來綠能停車場有顯著地證明得以實現。

開發新型演算法於探究異常值在迴歸分析中的影響與應用-分析照「騙」

本研究主要分成兩大主軸,第一先深入探討迴歸分析中異常值對模型的影響,發現一般的模型在面對數據中的異常值會降低其穩健性,因此藉此特性,我們結合了K-近鄰演算法(K-NN)、模糊理論與深度學習等,自創了新穎的演算法進而找出數據中的異常值;第二為應用此演算法來分析與處理圖像中「不正常區塊或雜訊的輪廓」,達到抑制其對整體美觀的影響,再進一步分析深度偽造(Deepfake)所合成的圖像。研究結果顯示,相較於現有的類神經網路中激活函數ReLU之計算,我們的演算法較容易處理異常值的影響且分析圖像的應用之表現更佳,未來的研究方向可能包括進一步評估其他演算法的效能與將其優化以提高其效能和實用性。

天外有天─以訓練過的自定義GPT人工智慧模型來測判太陽系外行星的天空外觀與適居性

本研究主要在探討太陽系外行星的天空外觀和適居性。除了光的散射,行星大氣層中的物質大小、密度和溫度、行星的恆星類型、溫度和光度也是影響天空外觀的因素。我們使用Python程式語言從科學資料庫中提取和轉換太陽系外行星的數據,並用GPT-4平台來創造一個人工智慧模型。透過專家訪問和科學論文閱讀,我們把所學到的知識用英文寫出描述影響天空外觀和適居性的因素以訓練這個模型。最後,結合我們輸入的太陽系外行星資料,我們訓練的自定義人工智慧模型成功預測出符合科學數據之天空外觀和適居性的描述,並製作出細節豐富的圖片。我們是第一個使用人工智慧來預測太陽系外行星的天空外觀和適居性的研究,也自創了一個新且容易的恆星光譜類型記憶口訣。

不「鰻」你了~魚骨成金

本研究採用創新設計的「水代法」處理養殖鰻魚加工後廢棄魚骨,成功解決過往鰻魚骨含油量高,無法利用而丟棄的環保問題,使生物資源得到充分利用。透過「低溫烘乾前處理」製成的鰻魚骨粉香氣與口感俱佳,適合作為食品添加物。 水代法是將鰻魚骨在90℃水溫、粉水比1:3狀態,藉由攪拌、壓榨去油,不僅保留營養成分(蛋白質、鈣質、磷質),同時降低高達90%的脂肪含量。水代產生的處理液可進一步開發為胺基酸萃取物和鰻魚油,創造多元的商業價值。「食鹽水浸泡處理」取代較不環保的「強鹼處理」製作鰻骨鈣粉,可有效減少環境負擔。本研究製程簡便且低耗能、低耗水,可降低成本,顯著提升產業競爭力和環境效益。

香蕉皮的綠色守護者~以香蕉皮製作環保抑菌膜

台灣素有”香蕉王國”的美譽,香蕉的產量很高,相對地也產生大量沒有使用價值的果皮。我們從文獻中得知被認為没有價值的香蕉皮,其實富含有許多化學物質,其中單寧酸除了具有抑制細菌生長的功能外,也能作為抗氧化劑,甚至有幫助人體細胞對抗新冠病毒的功效。 本研究以香蕉皮來萃取出單寧酸再烘乾製作成抑菌膜,結果顯示未成熟香蕉皮中含有的單寧酸高達5.59 mM,並在大腸桿菌抑菌試驗中呈現出抑菌圈,製作成膠膜後顯現出較高的抗拉伸試驗為成熟的香蕉皮膠膜,抗拉伸力為136.31g。本研究成果可以為改善廢物處理方式、減少碳足跡、提高社會衛生水準等方面,實踐環保及社會責任作出積極的努力。這種創新的環保技術有助於人們更加關注永續發展,為地球帶來更美好的未來。

百密一「疏」〜校園智慧疏散系統之建構

此研究建構一套校園智慧疏散系統—GuideRoad Live,以協助學校規劃逃生路線,並在緊急狀況下迅速提供疏散建議。該系統具備精準定位、壅塞回饋、避難追蹤、聰明疏散等四大功能。在精準定位方面,系統進行地圖建模,結合校園WiFi數據庫,分析教室GPS資料,實現個人定位。在壅塞回饋方面,系統透過監視器分析樓梯壅塞情況,即時回傳數據、更新路線,並設計蜂鳴器警報,降低學生恐慌與推擠風險。在避難追蹤方面,系統匯入地震級數,提供即時警示預估逃生時間,提供逃或躲的疏散意見,並對外援助與給予使用者關懷。最後,系統根據節點、邊、人流速度、壅塞回饋的即時數據等因素進行權重計算,達到聰明疏散的目標。

「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。

兩全等多邊形重疊部分的邊長面積探討

本研究最初將兩正方形重疊,使其面積重疊處形成一八邊形,將此八邊形的八個邊分成兩組,發現此兩組邊長有1次方和相等、2次方和相等的性質。 而後我們將正方形推廣至正n邊形,討論什麼條件之下,可以使兩正n邊形重疊處為2n邊形。探討其中一正n邊形對另一正n邊形平移範圍的限制。再證明重疊部分2n邊形的兩組邊長之1~n-1次方和相等,最後再討論兩組邊長n次方和相等的條件。 除此之外,我們將正n邊形推廣到其他多邊形。發現有兩條互相垂直對稱軸的圖形與等角多邊形,也會具有兩組邊長1次方和相等、2次方和相等的性質。

這樣拍手才科學-撞擊與振幅之探討

此研究想探討影響掌聲大小的原因有哪些?進而思考掌聲的發音機制與物理原理。 我們透過壓克力板貼合矽膠片以模擬人的手掌、再以強力衣夾作為力量的來源並量化控制,依序探討拍手方式、拍手面積、擊掌力道、手掌間的空隙等因素對掌聲大小的影響,最後發現拍手的產生的聲音是源自於手掌間的空氣被快速壓縮、釋放而產生,而且有類似線狀排列音源的效果,因此聽到的掌聲大小和與手掌的相對位置有關聯、拍手面積和掌聲的聲音強度成正比、擊掌力道和掌聲大小的關聯則是源自於擊掌速度而非力量-在相同擊掌距離下,聲音強度要變為2倍(也就是增加3dB的音量),力量需增為4倍;最後手掌間空隙造成掌聲大小的差異,是源於空隙的被壓縮程度而非空洞大小。