全國中小學科展

臺灣

智慧蚊監-3D 列印與機器學習

氣候變遷加劇了蚊媒疾病對全球公共衛生的威脅,迫切需要創新的解決方案。在台灣,登革熱的傳播主要由蚊蟲滋生所致。為了解決此問題,我們設計了一款三層結構的3D 列印誘蚊器,包括吸引懷孕雌蚊產卵的誘餌層、捕捉蚊蟲的黏膠層,以及防止異物進入的保護層。該裝置成本低、易製作且不需要外部電力,特別適合在資源有限的地區部署。 我們結合校園監測站每日捕捉的蚊蟲數據與氣象站提供的溫度、濕度和降雨等環境數據,運用SARIMA 與隨機森林混合模型進行分析與預測。SARIMA模型負責捕捉蚊蟲數量的季節性與長期趨勢,而隨機森林模型則處理環境變數與蚊蟲密度之間的非線性關係。此混合模型不僅提高了預測精度,還能解析蚊蟲的生態模式,進一步指導誘蚊器的最佳配置。此外,我們還開發了紅外線感測系統,即時偵測蚊蟲活動,為監測提供精準數據。 為評估氣候變遷的影響,我們模擬了不同全球暖化情境下的蚊蟲密度變化趨勢。結果顯示,隨著溫度上升,蚊蟲密度呈現非線性收斂趨勢,但正相關性依然存在,強調了氣候變遷可能帶來的潛在危害。我們還開發了一個網站,用於即時呈現蚊蟲密度預測,幫助政策制定者和公共衛生機構有效應對疾病防控挑戰。 本研究與聯合國永續發展目標(SDGs)中的SDG3(良好健康與福祉)及SDG13(氣候行動)高度契合,展示了結合3D列印、機器學習、即時感測和網路技術應對蚊媒疾病的創新潛力。此系統提供了一個可持續的全球蚊蟲控制模型,為公共衛生、疾病預防及流行病學的未來創新奠定了堅實基礎。

大生熊蟲自體螢光於檢測蔬菜硝酸鹽之應用與螢光機制探討 Application and Mechanism of Tardigrade Macobiotus Autofluorescence in the Detection of Vegetable Nitrates

利用鏡檢大生熊蟲形態檢測蔬菜中硝酸鹽壓力,常有形態判別問題,本研究想利用其自體螢光開發新型檢測模式,利用硝酸鹽壓力下其活動與隱生比例差異與自體螢光強度關係,檢測硝酸鹽濃度。顯示其自體螢光最佳激發波長為488 nm,製作檢量線(R2=0.99)與自製裝置使用470nm波長激發以壓克力濾光(R2=0.97)可檢測0〜156 mg/L硝酸鹽,可改善鏡檢缺點,並嘗試應用,發現蔬菜硝酸鹽 (小白菜492mg/L),超出其自體螢光檢測極限,且蔬菜萃取液會影響大生熊蟲自體螢光,目前能進行定性分析,後續將分析蔬菜中造成干擾物質,繼續評估其應用性。探討其螢光機制,利用組織切片,探討大生熊蟲自體螢光強度與表皮層厚度在隱生和活動狀態下,是否具有相關性,發現脫水樣本自體螢光強度與螢光面積較活動樣本無差異(p>0.05),推測自體螢光強度會受到其隱生時體表收縮程度有關。

情感分析生成器—自動生成文字感染情緒

隨著網路技術不斷的進步,意見和情感分析逐漸成為人們日常生活中的一部分。儘管如此,目前人們缺乏一個方便且快速的情緒分析模型,供廣大大眾使用。 本研究旨在提供人們一個緩解憂鬱情緒的管道——當人們輸入一個需要被安慰的情境時,我們的系統將輸出安慰語句,以緩解該使用者之憂鬱情緒,達到安慰效果。為此,本研究訓練了BERT model以及 LLaMA model。BERT model能判斷使用者輸入的語句是否為需安慰語句。而LLaMA model則作為安慰語句之生成模型,以達到安慰之效果。

關於Repunit數列 之餘數性質探討

在這篇作品中,主要研究Repunit數列=在模n之下的餘數數列循環性質。我們探討了Repunit餘數數列在什麼條件下 為純循環週期數列、混循環週期數列和完全純循環週期數列,同時給出了循環週期的公式及上界。接著我們發現一階非齊次線性遞迴數列在模n之下的循環週期與c進制Repunit數列在模 n/gcd(n,c)之下的循環週期相同,並且進一步探討餘數數列在什麼條件下為純循環數列、混循環循環數列和完全純循環數列。

運用深度學習色彩校正模型之黃疸偵測 Jaundice Detection Using Deep Learning-Based Color Correction Models

現今醫療中,黃疸的早期偵測對肝臟疾病的預防與治療至關重要,但多數人難以在症狀輕微時察覺。我們希望藉由智慧手機影像結合機器學習進行黃疸檢測,提升民眾自我監測的能力。Su 等人(2021)曾使用深度學習和機器學習進行黃疸預測,但其方法依賴專業色卡進行色彩校正,成本高且限制應用範圍。本研究提出以白平衡演算法中的白色補丁法與灰界演算法,搭配深度學習模型 DCCNM1和2 取代色卡,提升黃疸檢測的普及性與便利性。經黃疸偵測效果評估顯示,DCCNM2 在無色卡模型中表現最佳,雖然各指標略低於色卡校正,但其展現出優異的穩定性和準確性,證明其作為無色卡黃疸篩檢方案的可行性。本方法將能提供便捷的居家黃疸檢測途徑,尤其對偏鄉地區居民而言,不僅提升早期發現的機會,還能有效減輕醫護人員的負擔,推動大眾健康管理。

『壩』氣『石』足~探討影響調整型鋼管壩儲砂空間之研究

台灣發生「土石流」頻繁,所以興建防砂壩已經是常態,然而,大量的泥砂使得防砂壩儲砂空間飽和,降低攔阻效能。因此,本研究的目的,希望找出影響調整型鋼管壩儲砂空間的因素並提出調整模式,以因應 台灣多變的氣候環境。經研究結論如下:一、壩後淤滿時,透過反覆調整鋼管壩開口,可以增加儲砂空間率,壩體的再攔阻率也會提升14.2%;二、建議枯水期調整橫桿或縱材,利用豐水期增加壩後的儲砂空間;三、壩後巨礫+粗礫逐漸提高,不利於增加儲砂空間率;四、壩後淤滿有漂流木,會造成儲砂空間率大幅降低;五、我們提出調階段性調整鋼管壩,第(一)、拆除中央橫桿、第(二)、拆除縱材、第(三)、拆除加深模式,可以增加儲砂空間並減緩土石流的衝擊。 >

攜帶型高效率氫能離子能雙輸出埠電力裝置 Dual-ports high hydrogen and ionic conversion efficient power generator

本研究以空氣為催化劑,降低KOH在水中解離成K+及OH- 的解離能,大幅提升KOH在水中解離的效率,配合以鋁板為電極,還原H2O及OH-,釋出氫氣H2。這還原反應過程同時輸出K+及H2為電力能源。利用解離出的K+組裝成鉀離子電池,同時以解離出的氫氣運作燃料電池,組成雙輸出埠電力裝置。本雙輸出埠電力裝置,可以分別利用KOH濃度及或空氣輸入量,來調控輸出功率。KOH濃度增加或空氣輸入量增加,均可提高兩輸出埠的功率。測試時採用KOH濃度為5M,輸出電壓達0.19 mV,電流達0.166 mA。採用摻雜0.3%鉍的鋁為電極板,提升輸出電壓達0.67 mV,電流達0.199 mA。在鉀離子電池2MKOH水溶液中串聯4組電極板,電壓提升至2.9 V,電流達5A,並能成功點亮LED燈及驅動市售燃料電池。再經電路板穩壓後,電壓從2.9 V提升至5 V,適合USB充電,顯示出其作為無碳排放電力能源。

雙向隨機生成數列的長度探討

本研究探討隨機生成數列的長度期望值。一個籤筒中有n支籤,編號分別為1,2,3,…,n,每抽出一支籤,就將抽取的編號寫在紙上,形成一個數列。數列只能向左右兩端添加項,不能從中插入。抽出的籤若大於目前數列的最大項,則將抽出的數寫在目前數列右邊;抽出的籤若小於目前數列的最小項,則將抽出的數寫在目前數列左邊;抽出的籤若介於目前數列的最小與最大項之間,則操作結束。基於此想法,研究者將數列依照添加項的方向分為「單向數列」與「雙向數列」兩類。顧名思義,單向數列只能向一端延伸(本研究不失一般性討論往右延伸),雙向數列代表可以向左右兩端延伸。此外,研究者又將數列分為「嚴格遞增減」和「非嚴格遞增減」兩類。在生成原理上,嚴格遞增減等價於「抽後不放回」;非嚴格遞增減等價於「抽後放回」。在這樣的規則下,本研究探討了n支籤抽完放回與不放回時,單雙向隨機生成數列的長度期望值之通解,並成功證明了一些恆等式及性質。

多面體滾漆問題

本研究探討了柏拉圖多面體滾漆問題,並且延伸至半正多面體進行研究。正多面體中分別為正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體、正二十面 體。研究中證明柏拉圖多面體滾漆問題中的地圖限制以及有解充要條件。為了簡化問題難度,我們先簡化遊戲規則使「掉落」情況不被討論,再轉換回原規則的問題。在研究中我們於正四、六、八、二十面體使用原本的遊戲地圖,而其他延伸研究則自創地圖進行討論。

猜拳與轉向中的運籌帷幄- 探討人類與鼠婦在連續決策行為 的偏好與決策經驗依賴等特性

本研究記錄人類進行「剪刀石頭布」遊戲時的決策行為,也設計T型迷宮建立鼠婦之負趨光行為作為動物模式,探討行為偏好與決策依賴性等特性。我們發現「出石頭」的機率較高,且時間間隔縮短後,「出剪刀」的機率增加而「出石頭」的機率減少,並會展現負相關的決策經驗依賴性,其中「慢出組」更為明顯,代表出拳間隔縮短而減少意識作用,負相關的決策經驗依賴性即會減弱。另一方面,鼠婦在負趨光性刺激剛消失後,仍呈現負趨光性的選擇方向,具有習慣性。鼠婦在選擇行走方向多次後,會呈現與前次選擇的正向相關性。在負趨光性的環境刺激後,上述的現象會先消失,而後再現。若負趨光性刺激方向轉換,則原先的趨光行為消失,應是因方向選擇的習慣性干擾了負趨光性的選擇。