全國中小學科展

臺灣

影像偵測火源與滅火裝置

本作品希望能協助消防員在進入未知火場前,可以協助了解情況及判斷,使用物聯網、影像辨識、自走車技術,建置一個移動式火源偵測及遠端滅火裝置,具有手動及自動控制功能。 在火災現場時,可以手機方式操作,馬達帶動機器人平台前、後、左、右移動,透過鏡頭傳回影像畫面,人員如看到有火,可按下啟動噴灑乾粉按鈕,遙控滅火。當機器切換為自動控制方式,前置鏡頭傳回的影像,當有火源時,則會自動辨識火,並啟動噴灑滅火。有自動按壓滅火器壓把的功能,是因為在滅火器握把上,設計一個按壓驅動裝置,噴灑乾粉, 此為偵測火源滅火裝置 。 本作品說明書內使用之照片,大部分為第1指導教師拍攝,部分為引用自產品網站照片。

兩線段間隨機點之距離期望與面積期望

本文通過對兩線段位置關係的分類討論,對特殊情況的優先探討,推導了兩線段間隨機點之距離期望與三隨機點決定的三角形之面積期望的閉式表達式 (closed-formexpressions)。文末附以程式模擬與函數圖像的對比擬合以輔助驗證結論的正確性,並概述此方向值得研究的其他課題及其潛在應用。

聽得見手語

小時候在街上,看見了一位聾啞人士 努力 使 用手勢溝通,卻遇到困難。 他看起來非常無助,所以想幫助他們能正常的溝通。大部分人是看不懂手語的,所以我們想研究可以透過發聲器,進行即時翻譯的裝置!透過發聲器知道他們在比什麼! 我們先參考手語的動作,發現有幾個測量依據,於是使用彎曲感測器、加速度模組、霍爾電晶體來記錄,將這些感測器製成穿戴式裝置,然後記錄下動作數據,將動作的意義錄音,存入記憶卡。把這些數據寫成二維陣列,第一維為手語流水號,第二維為資料庫,其中包括彎曲情形 、 靜態姿勢 、 移動方向 、 接觸 點 等 )),最後將感測器即時的數值與資料庫的數據比對,發出對應的聲音。未來只需擴充資料庫,就能讓使用者享受便利的溝通。

翻牆逃逸的酒滴-馬拉哥尼效應在直筒玻璃牆上的翻牆現象

本研究主要探討垂直的馬拉哥尼效應(Marangoni effect),應用於酒精溶液的翻牆逃逸現象。酒精裝入玻璃杯中,因杯內酒精溶液會沿著玻璃杯爬升產生「腳」,且杯壁上的酒精有著較大的蒸發量使表面張力變大,進而產生表面張力差,杯內表面張力較小的酒精會持續藉由「腳」往表面張力較大的杯壁酒精累積與上升,如同脫離地心引力般的向玻璃杯壁上移動。當杯中酒精溶液的液面較接近杯口時,液滴將逐間累積至杯口處,持續在杯口處藉由「腳」拉引並與杯口上的液滴相互結合,逐漸向杯口外圍累積,最後成功翻牆逃逸。後續實驗嘗試使用市售食用酒品、丙二醇和丙酮等各種不同溶液探討翻牆逃逸情形。在延伸研究中,從廣口瓶的瓶頸發現「腳」蒸散與拉聚會產生脹縮的呼吸現象。

利用增強學習之Q-Learning,解決數字華容道的比較性發展研究

因為我們一開始對電腦程式語言有濃厚的興趣,所以去學習了python程式語言,後來發現到世界三大益智的華容道遊戲,似乎可以加以運用,又從文獻中發現了人工智慧之重要性和增強學習的各類法則。剛好於國中時期寫出了讓電腦產生並解決3*3數字華容道之程式。但發現4*4的遊戲竟有20兆種組合,該無法用3*3之程式思維。後來用了增強學習的Q-Learning技術,不僅完成任務,而且還可以發展出人與電腦的比賽,造成轟動、受到小朋友的喜愛~最後我們還希望自己能設計出不同的華容道加以測試,並研究深度增強學習(DRL)的原理與應用,來解決更高階的遊戲,達到增進人工智慧學習的發展。

探討石油與細菌的故事—加「塑」分解

本研究想透過能分解石油的嗜油菌加速同為碳氫構成的塑膠分解。本實驗採用參雜一般塑膠的生物可分解塑膠片。從含有油污的土中經過DNA分離與純化後透過NCBI比對出主要菌種為Pseudomonas citronellolis和Achromobacter。菌種與經實驗室紫外光照射24小時的塑膠片反應時重量下降幅度最大,經約含7%紫外線的太陽光照射3天的塑膠片次之,無前處理的塑膠片最小。本實驗透過三種堆肥方式研究塑膠片分解的情形,在加入菌種和碳基生物復育劑的土中反應的塑膠片重量下降幅度最大,加入碳基生物復育劑的土中的塑膠片次之,加入自來水的最小。從塑膠片殘留重量比與實驗天數畫出的折線圖中可看出若維持經實驗室紫外燈照射24小時且在加入菌種和碳基生物復育劑的土內反應的塑膠片重量下降趨勢便能在883天後完全分解。此外,在探討不同酸鹼值的實驗中,可知pH10的分解最快,而含沙量實驗中則可得知含沙量0%對分解對有利。未來預計長期研究嗜油菌與一般塑膠的分解及不同有機質對塑膠分解的影響,期望解決塑膠過量的問題,使環境不受影響。

現代鬼動風水儀-利用壓電效應偵測並分析風場訊號之研究

看過震動型風力發電機與鬼動草現象後,便思考是否能結合兩者製作出一台「現代鬼動風水儀」? 風經障礙物會因康達效應改變風場,本研究利用壓電效應偵測風在震動裝置後端產生的卡門渦街,藉由分析電訊號偵測不同障礙物所產生的風場。自定義葉片的等效邊長,發現電壓約和等效邊長、平方風速成正比;另外,不同迎風角度、擺設狹縫或遮住半邊葉片都會使pp板產生小波,牛奶瓶紙則是可以建立迎風角度的預測模型。狹縫的電壓放大倍率可用三次函數擬合。遮住半邊葉片時牛奶瓶紙會產生共振放大效應(鬼動現象),而擺設圓柱則會使電壓增強,並且能建立電壓預測模型。 本研究成果可用來製作分析微小風場變化之大數據收集裝置,提供訓練AI及建立新的應用方向。

牛樟芝萃取物改善糖尿病性視網膜病變──以果蠅實驗模型為例

糖尿病性視網膜病變(Diabetic Retinopathy,以下簡稱DR)是糖尿病主要的併發症,是造成後天性失明的主要原因。我國含有高糖的飲品在年輕族群盛行,可能是造成糖尿病罹患率年輕化趨勢的原因,這是我們中學生必須關心與解決的切身問題。本研究發現牛樟芝萃取物在視力功能上能夠改善糖尿病性視網膜病變果蠅的趨光能力與視網膜電位;在視網膜形態學(morphology)上,複眼結構及光感受器排列可被觀察到由凌亂漸趨完整。在粒線體(mitochondrion)與蛋白表現上,能避免粒線體受損,維持粒線體數量和能量代謝,並降低細胞凋亡(apoptosis)相關指標如cytochrcome c和cleaved-caspase 3表達,同時也促進抗氧化因子(antioxidants)如Catalase和SOD1表達,顯示牛樟芝萃取物具有改善DR的潛力。

智伴共創學習動機

本研究設計一般聊天機器人與諮商聊天機器人,以提高學生的數學自我效能,藉此增進學習動機。 本研究採用準實驗設計,研究對象為國中、高中生共297位(137位男性、160位女性)。參與者經由隨機分配進入一般聊天機器人(實驗組A)、諮商聊天機器人(實驗組B)和無使用聊天機器人的控制組C。三組都接受數學自我效能量表的前測、後測,實驗組需填答聊天機器人滿意度量表。 研究結果顯示:就全體樣本而言,一般聊天機器人可顯著提升學生的數學自我效能;高中組樣本發現,一般聊天機器人和諮商聊天機器人都能顯著提高學生的數學自我效能。 未來研究方向包括:匯入更多心理諮商文獻且改善應答方式,應用於青少年心理健康上的提升。

眼見不為憑~ 探討中央漸層色彩對相鄰色塊視覺及拍照之影響

本研究在康士維錯覺的基礎上,進一步探討中央漸層色彩對其 相鄰色塊影響之行為,並與相機拍照加以比對。首先本組設計不同中央漸層變化圖片,讓20位受試者進行顏色辨識測試,結果發現中央漸層的色彩不僅會對兩側色塊的明暗產生影響,連本身的色彩也會看起來不一樣。再以相機拍攝設計好的圖片,將其存成RAW檔的格式,再以image J程式分析其顏色變化情形,經分析後發現:1、靠近中央亮區一側的色塊確實會變比較亮;2、相鄰兩色塊連接處都會互相包含彼此些許的色彩;3、兩側色塊的顏色會因中央漸層色彩的形式而有所影響,此外、比較兩者結果,具有一致性的發現意謂著康士維錯覺不僅僅只是大腦解讀造成的,還掰和光學及影像處理等問題。