全國中小學科展

臺灣

「弦」來無事測測看

網路上流傳一段影片,影片中的鴿子不用拍動翅膀就可以飛,「頻率」是造成這現象的主要原因,只要攝影機拍攝的影格率和某個東西週期性運動的頻率相似,就可看到類似時間暫停的現象,稱之為特定運動頻率。自然課學到弦的振動影響聲音的高低,但弦振動太快看不清楚,是否也可以用時間暫停的原理,來看清楚弦的振動? 本實驗使用了micro-bit和紅外線感測器來測量圓盤的轉速,圓盤上的開孔可讓光線閃爍,光線照在金屬琴弦上,閃爍的頻率如果和弦振動的頻率一致,就能清楚的看到弦的振動波形。

望”桃”興”炭”-自製生物炭批次反應淨水槽

本研究以果園回收的水蜜桃果核製備的生物炭為主題,透過製備條件、吸光值濃度檢量線、電沉積反應去污能力的測試,探討比較生物炭與市售活性碳對離子與非離子污染物的吸附能力,進而為彌補活性炭在吸附金屬離子汙染物能力較弱的缺點,自製電沉積與生物炭的批次反應淨水槽,探討其同時處理離子與非離子污染物的效果。 結果發現,利用雙層陶罐間填充碎木炭提升隔氧性,將水蜜桃果核以高溫 900燃燒 2 小時炭化生成生物炭。生物炭對於非離子染劑吸附能力與市售活性炭相當,而自製的批次反應淨水槽,能由 arduino 連動自動切 換進料,有效降低非離子汙染物濃度。目前積極尋找反應條件以提升離子污染物的清除速度,期待本設備能提供一個新方向,降低廢水處理成本。

矩陣形省水灑水器

近年來,隨著日益嚴重的全球暖化以及氣候變遷,使得可用的水資源日益枯竭。有鑑於此,我們致力開發出一種能夠減少水資源浪費的灑水器。本研究利用 3D 模型設計軟體 tinkercad 設計出矩陣形省水灑水器的各個零件,並計算出水壓與孔徑大小以及噴射距離的關係,藉由調整各出水口的孔徑來控制噴水範圍。 實驗結果顯示,且相較於傳統灑水器省水達 25%,且使用3D列印技術製作,可根據自身情況調整出水口大小來控制射程,以控制灑水的長寬比,以達減少水資訊浪費、增加水資源有效使用率之目的。

山林與大海的偶遇~ 探討以魚鱗膠原蛋白與單寧酸製成複合材料填補水泥裂縫之可行性

膠原蛋白俗稱明膠,主要是由動物皮或骨內的蛋白質所萃取製成,明膠的種類很多,能夠使用的範圍也非常多,最常出現在我們日常生活中的食品或加工物上,例如果凍、軟糖、冰淇淋、酸奶及冷凍食品等。我們研究將魚鱗從原本的”無用廢棄物”,透過簡單的處理與萃取方式得到許多魚鱗膠原蛋白,在不用額外進行複雜且耗時又耗費金錢的純化下,得到另一種應用膠原蛋白的方式,以膠原蛋白與單寧酸兩者混合形成的複合物,做為填補水泥裂隙的填縫水泥來使用,發現除了具有良好的黏合效果,未來還可以進一步研究其他的應用範圍,或是提升魚鱗膠原蛋白的應用價值在其他的使用上。

自監督學習在臺灣手語辨識上之應用研究

在臺灣手語辨識,先前研究所使用的監督式學習需要大量標記樣本而限制可辨識詞彙量。為此,本研究借鑒自然語言處理領域中BERT的遮罩想法,將未標記手語影片隨機遮蓋部分幀數,並讓模型學習預測被遮蓋的幀數以學習臺灣手語的特徵,並透過遷移學習來訓練辨識模型,此作法可克服現有臺灣手語資料缺少的問題。經過實驗,本研究訓練之詞彙辨識模型達成了242個單字量,92%的準確率。 此外,先前研究皆未在手語句子翻譯上有成果。因此本研究基於以上模型,設計手語翻譯的系統,整個系統在100個句子的翻譯表現達到83%的準確率,證明自監督學習的方式在手語辨識、翻譯上是有效的。並展現出樣本需求少與辨識詞彙量可輕易擴大的潛力。

以大腸直腸癌預測為例進行缺失值處理方式的探討與實驗

機器學習和精準醫療是目前醫學界的熱門話題。機器學習在醫療領域的應用越來越普及,可幫助臨床更快速及精準診斷疾病,並提供個人化治療方案。例如,通過訓練大量醫學影像數據,建立深度學習模型,可用於腫瘤的自動辨識與分類。通過醫療資料大數據分析,可以為臨床提供及時的疾病預測和預防建議。然而,如何讓臨床資料結合機器學習建立模型預測,是很重要的議題。本研究使用臺北醫學大學數據處蒐集衛生福利部雙和醫院的大腸直腸癌與大腸炎病患三年的臨床資料,結合機器學習進行模型的建立與預測。經處理數據的缺失值、特徵的排序與選取及向前特徵選取法來訓練與驗證模型,找出分辨大腸直腸癌和大腸炎的最佳檢驗項目組合及效能,以預測大腸直腸癌。

氣曝曝-生物曝氣法進行酸菜水降解可行性之探討

酸菜水 農業生產過程中產生的副產品在醃漬酸菜過程中,土壤被廢水污染嚴重鹽化,付出慘重成本。本研究利用接觸曝氣法來嘗試解決酸菜醃製廢液中的汙染物,分別探討曝氣槽形狀、濾材種類以及複合式曝氣裝置,並加入枯草桿菌來探討pH值、濁度、COD、污泥產生量的變化與差異。研究結果發現無論哪種槽體在不添加濾材下表面積與細菌依附空間不足,無降解作用發生;矩形槽適合採用平板形濾材,圓形槽適合採用K1濾材;而我們研發的複合式曝氣裝置無論是在COD、濁度以及汙泥產生量都是表現最佳的。

百「折」不屈 - 大氣折射對日照時長影響

本研究加入各種考量計算,以得出最接近實際白天時長的的數據。首先假設地球為正球型,計算出未考慮大氣的理論白天時長,並考慮太陽視角導致的誤差,可進一步得出蒙氣差數值;第二步考量大氣偏折,將大氣拆分成密度不同的大氣層,討論由太陽射向地球的光,利用Google試算表計算出日光和地表的相切處,再將此數值代入日照時長公式,即可縮小和實際情況差距;最後和各國真實白天時間比較,繪製理論與實際情況關聯的散佈圖,可知實際與理論日照時長僅存在些微差距。結果中的些微誤差,推測為未考慮地球之橢圓形狀以及大氣中不同層的複雜變化所造成,可作為未來改進方向。

「腸」驅直入-大腸桿菌在Y型通道內的行為表現

本研究以數值模擬討論大腸桿菌在自行設計之有濃度梯度的Y形通道內的運動情形。在自然界中,大腸桿菌會判斷周圍營養物質的多寡並隨機旋轉,最終大致朝向營養物質濃度較高的地方移動。本實驗設想大腸桿菌在現實中可能會有的運動情形設計演算法,用程式進行模擬,分析大腸桿菌在此環境內的各種表現,並首次建立對比的實驗以驗證理論計算。 本模擬透過改變自行設計之Y形通道中的通道寬度、濃度梯度及通道傾斜角等變數,進行程式模擬後,觀察這些變數對大腸桿菌運動的影響,將數據點擬合成函數,輔以直觀分析後,分析方程式中各個特徵常數及函數本身具有的物理意義,以及在我們意料之外的特殊發現。最後進行實驗嘗試歸納出對於本研究模擬條件的理解。

綠色組合巨石之謎

本研究研究場域位於宜蘭縣南澳鄉中央山脈向東延伸濱海的餘脈,故運用中央地質調查所網站建立地質圖、地形圖,再將圖層套疊到GOOGLE平台測量坡地坡度及崩地面積等。 接著以現地調查及空拍機拍攝方式探究研究場域。 調查結果發現:該區屬綠泥石片岩,有石英、黃鐵礦、雲母等礦物,雖未發現變質石灰岩,但本研究推測氣候、岩性、地形等因素,使得變質石灰岩被因溶蝕作用而導致岩屑崩滑,造成有趣的地質現象,如岩屑崩滑、碳酸鈣膠結綠泥石、鈣華現象、方解石外生礦等。 最後,經由實驗設計及操作,希望能描述碳酸鈣膠結綠泥石的經過,解釋其機制,複製其現象。