全國中小學科展

臺灣

建構標準舞蹈姿勢評分系統

在現今社會,個人越來越依賴自主學習以提升技能和知識,而舞蹈學習尤其受到關注。然而,在沒有專業指導的情況下,學員往往難以掌握舞蹈動作的細節,也難以清楚地評估自己的表現與標準示範之間的差距。 為了應對這一挑戰,本研究利用人體姿態識別演算法OpenPose,捕捉舞蹈者的關節點。通過這項技術,針對舞蹈的標準動作、力度、流暢度等方面,成功地開發出一款自動評分系統。 通過人體姿態識別技術,我們能夠深入分析舞蹈動作的細節,讓學員與標準舞蹈動作進行比較,以確認學習上的差異。我們希望通過這項研究,學員能在沒有專業指導的情況下,利用網路平台創建更有效且有趣的自主學習環境。

線蟲土壤食物網監測模式建立與功能性調節 The Establishment of Nematode Food Web Monitoring Model and Regulation of Soil Functions

為了永續利用土壤生態系服務,本研究分析線蟲族群變化監測土壤食物網,探討線蟲食物網與土壤養分調節相關性,實踐 SDGs中第 2項消除飢餓與第15項陸域生態。首先使用文獻分析法,建構模式觀察線蟲功能群演替,監測線蟲食物網組成評估土壤生態系服務,改善與結合過去僅探討環境干擾方式。觀察線蟲對土壤養分影響,結果顯示線蟲功能群多樣性、族群增長與交互作用 (資源重疊與演替等)可能提升土壤無機氮;不過推測因族群交互作用減弱或微生物過度被捕食,氨化能力在食物網發展初期(六週提升 37%)與後期 (六週僅提升16%)不同,需探討如何延續其氨化能力。將結合植物生長觀察線蟲食物網對植物影響。期望未來新模式進一步評估與標準化,用於監測土壤線蟲食物網組成並調節土壤,在農業管理與生態復育方面做出貢獻,為土壤永續利用提出新的可能。

「梅」來演趣—探討台灣梅雨季之大氣流型演變與模擬

為了解台灣梅雨季的氣候特徵,本研究分析了2009至2024年間五、六月的降雨、風場流型及大氣環境。結果顯示,東北部冬季多雨,而西部地區則自五月梅雨季開始進入雨季,台灣的降雨區域逐漸南移,顯示大氣環境在此期間發生變化。我們分析了16年間的風場情形,歸納出7種單一風向流型及2種過渡流型,並整合其趨勢。我們發現,梅雨季期間,寒冷流型的出現頻率逐漸減少,而溫暖流型在夏季成為主流,不同流型之間的轉變具趨勢性。整合降雨資料後,結果顯示盛行風、低壓帶、地形效應與過渡流型對降雨有顯著影響,且發現致災性梅雨的發生條件。最後,本研究設計模擬裝置,利用不同密度的海藻酸鈉溶液與台灣模型,可模擬出符合本研究歸納的流型。

影像辨識 在 智慧運輸系統 的應用 自動跟隨

本研究旨在開發一款能自動跟隨人的AI智慧運輸車,應用在 醫院、商場等環境,能減輕工作人員的負擔。本系統融合YOLOv8影像辨識技術和物聯網,使運輸車具備跟隨人體的能力。該系統通過物聯網,將車上攝影機接收的影像傳送至電腦,進行即時運算,不必在車上配備高階的微型電腦或GPU以降低成本。使用YOLOv8模型辨識人體與手勢,以arduino ESP32開發板作為主控單元控制減速馬達,使運輸車能自動跟隨人員。本研究不像傳統自動導引車(AGV),因為依賴固定路徑,而無法用在多變的場景,且不適合與人協同工作。將本系統應用於醫療院所或零售業商場等 ,經常出現 變障礙物的場所時,能與人員配合執行任務,例如當作病人的點滴架、輔助護理師工作的醫務車,以及賣場中協助工作人員上貨的籠車,能有效降低勞力負擔。

數位物理實驗室:毫米波雷達系統之設計與應用

本研究旨在設計基於毫米波雷達的數位物理實驗系統,用於精確量化彈簧簡諧運動。傳統物理實驗易受肉眼觀察與手動測量的誤差影響,本系統利用24GHz毫米波雷達結合自製電路板,進行即時、無接觸的運動測量。透過設計電路板、撰寫韌體訊號轉換程式,並進行數位數據分析,成功開發了靈敏的毫米波雷達系統。我們利用彈簧簡諧運動實驗驗證了該系統,觀察不同質量砝碼對彈簧運動頻率的影響。實驗結果顯示,考慮彈簧質量後,測量數據與理論結果的均方根誤差從0.62Hz降低至0.35Hz,顯示出系統的高度精確性及穩定性。本研究成功解決了傳統實驗中的量測誤差問題,以毫米波雷達技術實現了精確觀測。開源設計有助於推廣至學校的物理實驗室,為學生提供先進的實驗工具與數據分析經驗。這展示了毫米波雷達在物理實驗中的應用潛力,並為未來教學實驗提供了高效、低成本的解決方案。

突破能量屏障:探討原始固碳路徑中異檸檬酸脫氫酶的角色

原始生命的形成被推論是由化學分子透過自發性化學反應組成簡單的代謝路徑,再由這些路徑組合成為複雜的代謝網絡,最終形成原始的生命。由於自營性的代謝路徑可將無機性的CO₂固定為有機物可謂形成生命的前提,因此推論在自營性微生物所擁有的一種生物固碳路徑,可將CO₂固定進入三羧酸循環的「逆向三羧酸循環」被認為是原始細胞最初形成的代謝路徑之一。然而,以化學反應的自由能考量,自2-Oxoglutarate到Isocitrate 此固碳反應並非自發性反應,並由異檸檬酸脫氫酶催化。異檸檬酸脫氫酶在逆三羧酸循環中是決定固碳反應速率的關鍵酵素之一,在當今正向三羧酸循環中亦具重要的調節細胞能量代謝的功能。有鑑於此,本研究探討源自古老地球環境的嗜熱自營菌Aquifex aeolicus 中異檸檬酸脫氫酶的酵素性質,並期待本研究成果對生命起源的探究及發展新穎固碳技術能有所助益。

碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率影響

脫水技術在酵母菌應用方面則對保存和傳播重要的菌株十分有益。然而,脫水處理的酵母菌常常出現存活率過低的問題,若將生產規模擴大,導致的損失將不堪設想。 本研究探討脫水逆境下碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率的影響。發現酵母菌面臨脫水生存逆境,會透過粒線體分裂與融合維持活性,此機制與DNM1密切相關。脫水前階段提供葡萄糖碳源可使酵母菌抵抗脫水逆境能力最佳,反之乙醇最差。甘油調節細胞內氧化還原平衡和滲透壓有助於細胞存活。脫水後復水階段提供葡萄糖可使酵母菌存活率最高,乙醇最差。脫水前碳源改變對存活率的影響更為顯著,而SNF1機制調控是影響酵母菌代謝養分及存活率的重要因素。 本實驗成果可提供酵母菌在食品工業、製藥、化工及生物燃料等領域的培養和保存技術,提高酵母菌的存活率和利用效率以減少浪費,具廣泛應用前景和經濟效益。

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.

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。

方格裡的秘密—隨機分布的機率探討

本文研究了一個信息完全公開的組合遊戲,探討當一群人被完全隨機的分配到模型裡時,其初始位置與特定位置所形成的包圍關係,並探討最佳的人力分配。本研究通過座標解析與不等關係的代數運算等方法,成功找出獲勝條件對於遊戲雙方的限制,並進一步解決問題。在研究的過程中,也將結論擴展到不同模型,探討不同模型對於遊戲造成的影響,並比較其結論有何區別。