全國中小學科展

臺灣

語音模型逆向攻擊架構分析與防禦策略探討

本研究中,我們對模型逆向攻擊在語音辨識系統中的影響及風險進行深入分析。隨著Siri、Google Home等智能助理設備在日常生活中的廣泛使用,其語者辨識系統的安全隱患引起了我們的注意。本研究目的在於深入理解模型逆向攻擊的運作機制,並探討其對語音辨識系統的攻擊效果。我們透過實施多樣化的攻擊策略,對不同的模型架構和數據處理方法進行了評估,並對人聲與非人聲的數據集進行了攻擊效果的比較。此外,我們亦實現了基於差分隱私的防禦算法,在多數模型架構下達到接近50%的防禦效果,顯著提高攻擊代價。研究整體揭示了語音辨識系統在面對模型逆向攻擊時的脆弱性,並藉由實驗分析推論出可能的防禦策略,期待能通過策略來增強模型的安全性。

大「逆」不道—局部逆境下植物體內傳訊與物質分配機制

When a leaf of a plant encounters stress, how does the plant convey the stress signal to other tissues and manage nutrient distribution? This field of study has been largely unexplored. However, the unique interconnected frond structure of Lemna trisulca, along with the use of a divided Petri dish, is very suitable for handling localized stress and investigating the mechanisms of intracellular signaling and nutrient distribution. Research has shown that when the mother leaf experiences localized stress, it releases healthy daughter leaves to minimize collateral damage to the daughter leaves. Conversely, when the daughter leaves face localized stress, the mother leaf chooses to retain them and continues supplying them with nutrients to support their survival. In-depth studies revealed that stressed daughter leaves accumulate Reactive Oxygen Species (ROS), triggering nutrient distribution by sending a distress signal to the mother leaf. This prompts the mother leaf to use Ca2+ as a signaling molecule to deliver nutrients to the daughter leaves. Selective detachment is regulated and triggered by the interaction between Ca2+ and ROS within the mother leaf. When the mother leaf undergoes stress, Ca2+ acts upstream to induce ROS accumulation at the nodes, sending a unidirectional detachment signal to the daughter leaves. This causes ROS accumulation at the daughter leaf nodes, inducing detachment and thereby reducing the collateral damage the daughter leaf could experience due to the mother leaves.

New Properties of Miquel Point

本研究先觀察著名的密克定理(Miquel theorem)與密克點(Miquel point),我們創新給出了新的研究項目,關注密克點𝑃與密克三角形的頂點所構成直線和原三角形𝐴𝐵𝐶三邊直線的其餘六個交點,這是前人沒有觸及的研究項目,從而定義旁接三角形與衍伸三角形。 我們先針對特殊型(直角)的構圖,發現滿足兩個衍伸三角形的有向面積 [𝐴1𝐵1𝐶1]=±[𝐴2𝐵2𝐶2] 時,𝑃 點形成的軌跡為原三角形的 Kiepert hyperbola 與外接圓,這個是有趣且重要發現,我們也進一步給出其幾何必然性。進一步考慮 [𝐴1𝐵1𝐶1]=𝑟[𝐴2𝐵2𝐶2] 時,則刻劃出 𝑃 點軌跡為圓錐曲線系。在前面的基礎下,再針對一般型(任意角)的構圖,若 𝑃 點位於原三角形外接圓及Kiepert hyperbola 與 Steiner circumellipse 的線性組合曲線上,此時兩個衍伸三角形 𝐴1𝐵1𝐶1 與 𝐴2𝐵2𝐶2 的有向面積比值為定值,且兩者恆為相反數。

塗色次數期望值之研究

n個圓圈以一維排列所構成圖形中,若指定當中一圓圈塗色時,其左右相鄰圓圈各有1/2機率被塗色,欲求出使得該圖形之指定塗色次數的期望值達最小之最優化塗色方法。本研究共探討了n個圓圈之「直線排列」、「環狀排列」與n個圓圈及m個圓圈之「環狀結合直線排列」等三種圖形。

微生物燃料電池結合外加磁場與TiO2海綿--對於提升產電與柴油降解效率之潛能評估

柴油汙染已然造成嚴重的生態危機,我們藉由微生物快速生長與代謝有機物的特性,結合MFC解決油汙。將自製PVB-TiO2海綿加入MFC陽極反應室中,在兩側添加釹磁鐵形成外加磁場。為提升MFC代謝柴油效能,我們探討MFC電極種類、PVB-TiO2海綿的TiO2添加濃度、磁鐵數量與方向等參數。結果顯示,添加PVB-TiO2海綿(12 g/L)及外加相斥兩顆磁場,對COD降解率、平均輸出電壓、VFA代謝產量與柴油降解率,較未添加組有最顯著提升。分別達成COD降解率增為1.4倍、平均輸出電壓增為1.8倍、柴油降解率增為2.0倍之效果。預期本實驗未來能對柴油汙染提供解方,降低柴油洩漏對環境的衝擊。

理論設計與高效率合成三吲哚衍生物應用於癌症標靶藥物 Theoretical Design and Highly Efficient Synthesis of Triindole Derivatives for Targeted Cancer Therapeutics

抗癌藥物的研究一直受到重視,吲哚(indole)衍生物可助抵擋自由基,而二吲哚(Di-indole)衍生物已成為抗癌劑。鈣離子/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶 (Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II,CaMKII)之抑制劑為癌症標靶藥物重要研究方向之一,抑制CaMKII可降低各種癌細胞增殖和存活,但目前尚無CaMKII抑制劑藥物。本研究以三吲哚為主架構,發展衍生物作為CaMKII抑制劑,期望可應用於抗癌劑。電腦軟體Discovery Studio2016模擬各種三吲哚衍生物分子模型與CaMKII α(PDB: 2VZ6)之結合能,選出結合能較大之化合物3,並延伸結構/活性(SAR)最佳化,進行一系列高效率藥物合成純化工作。經由送測生物細胞活性,其中先導化合物(lead compound) 3-1對癌細胞之毒性高且對CaMKIIα的抑制效果佳,符合癌症治療上的需求,將繼續最佳化此結構,並進行細胞訊號傳送途徑及動物實驗。

使用蓋亞資料庫探討球狀星團中天琴座RR型變星的組成

球狀星團是星體分布緊密、金屬豐度低的星團。天琴座 RR 型變星經常出現在球狀星團中, 且在恆星演化上有重要意義。僅管目前對此類型變星的其週期、亮度等研究十分完備,分析其組成比例的研究仍略為缺乏。使用 GAIADR3資料庫,首先根據目標星團周圍星體數量繪製熱點圖,求出星團視半徑後,分析二十個球狀星團的天琴座 RR 型變星組成百萬分率,發現影響的主要參數依序為星團年齡、星團半徑與金屬豐度,並分別提出假說解釋 其原理。透過調整三個參數的係數,定義出能代表三者或其中二者共同影響的參數,使變星組成比例成為輔助判斷星團相關參數的依據。另外討論偏離主要趨勢星團的原因,且亦探討以熱點圖概念求出的視半徑和文獻之出入之處。

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。

運用機器學習強化探測重力波訊號

本研究欲利用機器學習演算法,透過觀察重力波訊號來判斷黑洞融合訊號的時間。本研究 的數據來源於雷射干涉引力波天文台的開放資料庫,我從中獲取最被廣為認定的64筆原始數據,並生成具有不同黑洞質量與不同訊噪比的模擬信號。我將模擬信號與不同噪聲混合 後,進行強度調整、Q轉換和資料白化等數據處理,並提取資料的統計量,將其用於訓練三種決策樹演算法和兩種迴歸演算法中。最終研究結果顯示,決策樹演算法的判斷能力優於迴歸演算法,以及指出強度差值的標準差是最關鍵的特徵,重要性達全體特徵的27%。 我們的模型在重力波訊號判斷上表現出較高的效率,並成功降低了模型的複雜度,使其更適合實際應用。

柔性光柵其光學特性與力學分析之研究 The Study of optical properties and stress analyzing of flexible diffraction grating

光柵作為常見的分光元件,應用於許多光學儀器中。然而,傳統光柵彈性較差且硬度較高,限制了其應用範圍。本研究利用具有高彈性和易形變特性的 PDMS 作為柔性光柵的材料,對不同厚度和彎曲程度的光柵進行一系列測試。為了探討厚度和彎曲曲率對繞射效果的影響,進行了不同厚度柔性光柵的繞射點分析實驗。實驗結果顯示,增加柔性光柵的厚度會提升其彎曲時第一亮紋的變化率;相反,減少厚度則會降低該變化率。隨後的研究進一步探討不同施力方式是否會影響柔性光柵的分光效果。通過拉伸和壓縮光柵,發現拉伸會使光柵的軌距變大,而壓縮則會使軌距變小。此外,研究還探討了利用 PDMS 複製類似光柵的結構是否具有分光效果。實驗結果顯示,複製的指紋確實展現了類似特性,期望未來能夠將這些特性實際應用於相關領域。