全國中小學科展

臺灣

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。

太陽活動與台灣周遭海域表面海溫之關聯

本研究探討太陽活動極大期與極小期臺灣周遭海域海溫與太陽黑子數的關聯。將極大期與極小期次年的海溫依季節分組,分析各季海溫距平與太陽黑子數的關聯。發現在太陽活動極大期次年的冬季與秋季,臺灣海峽區域表面海溫與太陽黑子數的關聯最顯著。推測係因在太陽活動極大期時西伯利亞高壓強度改變,導致臺灣附近的季風強弱產生變化,進而使臺灣海峽表面海溫與太陽黑子數較具關聯性。將極大期與極小期次年的海溫數據依各月分組後,發現結果大致與前述研究相符,但能發現許多依季節分組無法觀察到的現象,例如關聯性較高的海域範圍常呈帶狀分布,應是受洋流流向影響所致;在太平洋西部海域,具顯著性區域常呈團狀分布,顯示應與渦旋的生成及移動有關。

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。

蟑螂跑跑跑-蟑螂步行模式探討與觸角擺動模式初探

本實驗以三種蟑螂(杜比亞、櫻桃、龍蝦)作為實驗樣本,共拍攝30段蟑螂 直線前行影片,發現蟑螂以賓士步行法為主要的步行模式。三種蟑螂在本實驗分析中,出現賓士步行法的百分比例達到61%以上。本實驗也發現發現體長越長的蟑螂,其出現賓士步行法的百分比例越高,且體長與賓士步行法百分比例呈現線性相關,相關係數為.92,為高度相關。在斷腳蟑螂的步行分析上,步伐擺動規律基本上以(35⮕24⮕16)的模式來移動,只是會隨著斷掉腿的不同而有不同的規律。若該蟑螂斷腿編號為1,他的行動規律便會變成(35⮕24⮕6)的重複,若斷腿編號為3,行動規律則會變成(5⮕24⮕16)的重複。在有無食物狀況下分析三種蟑螂的觸角擺動狀況,目前正在進行質化與量化分析中。初步觀察結果為沒食物吸引的蟑螂觸角擺動方式時,觸角總是朝前左右擺動且靜止時間長。後來觀察有食物的狀況下,三種蟑螂觸角擺動時間高達70%以上。

「卡最電」---運用卡門渦街共振進行發電的研究

1.彈性體彈力係數在卡門渦街效應中會變化,代表受力相同下,形變量改變,利用卡門渦街共振發電有節能效果。 2.系統渦街頻率為0.76Hz,測量阻流體後方1倍球體直徑處頻率為0.86Hz,2倍直徑得f=0.79Hz,與理論計算相近,證明有卡門渦街效應存在。最佳的組合直徑4cm、弦切角度30度半球形阻流體,有風時k(彈性係數)=6.61N/m,無風時k=11.46N/m。在6.5cm的彈簧座上,放置射流完全發展階段,距離出風口縱向距離15cm橫向距離3cm(15cm/s)處,共振晃動軌跡為橢圓形。 3.阻流體模組在卡門渦街共振下頻率變小,共振效應有穩定阻流體運動穩定性。 4.卡門渦街發電裝置的發電功率為較課內實驗的發電功率穩定,其體積與質量都較輕巧化,有發展潛力。

軌道安全,唯快不破-高效能AI軌道異物偵測系統設計之研究

臺鐵太魯閣號於 2021 年 4 月撞擊滑入軌道的工程車的事故,是 60 年最嚴重一場意外。 北捷文湖線也曾有大型招牌掉落事件,顯示軌道安全的重要性。本研究參訪高鐵、臺鐵、北 捷和新北捷-淡海輕軌,將四大軌道公司的異物偵測系統做探討。採用 Yolo 系列物件偵測演 算法,進行模型訓練,設計一套「高效能 AI 軌道異物偵測系統」。將攝影機架設在車頭,並 加裝望遠鏡頭,達到遠距離的預警。採用可見光攝影機與 AI 物件偵測的技術,並應用內嵌 系統 Jetson TX2,讓列車提前確認是何異物,提升安全性,採取不同煞車措施,降低誤點率。 以台北捷運文湖線為實驗場域,測試各種天候條件,如:晴天、雨天、傍晚等。也在不同場 域實測如:臺鐵內灣線、淡海輕軌。本系統平均準確率 95% mAP 與運行的幀率達 40FPS, 能縮短辨識時間,讓駕駛能立即反應和提前預警,達到保障人車安全的目的。

基於影像識別與感測裝置之坐姿偵測輔助系統

本研究旨在開發一套系統,判斷使用者是否久坐與使用電腦的姿勢是否正確,並即時提供回饋。此坐姿輔助系統僅需使用電腦內建視訊鏡頭以MediaPipe BlazePose影像辨識模型抓取上半身節點資訊,並透過雙腳穿戴micro:bit感測裝置取得腳部三維加速度值。研究者蒐集各年齡層不同姿勢下的數據,討論其差異並計算F-score值以訂立閥值,判斷使用電腦的姿勢。同時,研究者運用PyQt套件建立使用者介面,使得系統能夠進行個人化設定,並即時地提供回饋。相較現有研究,本研究所提出之系統更輕量化、方便使用且成本更低。

Danio的健康食品-探討樹葡萄的抗氧化力與對斑馬魚胚胎的影響

本實驗探討樹葡萄各部位超音波水萃液的抗氧化成分、抗氧化力,並試驗其對模式生物斑馬魚毛細胞的保護力。化學檢定結果顯示,樹葡萄中抗氧化成分之總多酚含量前三名的部位為種子、葉和花,總類黃酮含量前三名則為種子、花和樹皮;此外,無論是抗氧化能力測定之A B T S 陽離子的清除率,或是 D P P H 自由基清除能力實驗,各部位的清除率都接近100 %,證實樹葡萄各部分都含有很高的抗氧化成分、抗自由基能力。另一方面,我們使用基因改造的斑馬魚胚胎進行生物檢定,因其具有會發螢光的毛細胞,可觀察樹葡萄水萃液是否可減緩生物細胞的氧化毒性,結果顯示青果、熟果和葉的水萃液對斑馬魚胚胎皆無毒性,且對其毛細胞具有明顯的保護作用。

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。

蟲塑大自然–麵包蟲和蠟蟲消化PVC可能性之探討

為了研究麵包蟲和蠟蟲食用聚氯乙烯(PVC)後的成長,我們將麵包蟲和蠟蟲各分成食用麥片、麥片加PVC及PVC三組飼養,記錄它們的存活、死亡、成蛹和成蟲數量並觀察行為。之後收集蠟蟲和麵包蟲的糞便進行層析和碘蒸氣燻色實驗,並進行成分分析。結果顯示,PVC組的糞便含有PVC訊號,但無法證明PVC被分解。接著,我們進行了麵包蟲和蠟蟲腸道內菌種的培養實驗,希望證明這些菌種能夠降解PVC,同時了解在哪種pH值的環境下,這些菌種能夠有效地降解PVC。為此,我們先以廣用指示劑測量兩種蟲腸道pH值並配製不同的pH值溶液,再將這些溶液配製培養基進行菌種培養。透過實驗數據的比較,我們希望找到最適合的菌種降解PVC。