全國中小學科展

臺灣

觀音山火山熔岩與其礦物比例研究 A Study on the Mineral Ratios of Guanyinshan Volcanic Rock

透過親手磨製岩石薄片及礦物比例數據,探討觀音火山熔岩的差異與其差異原因。根據前人研究得知,觀音山經過五次噴發,共有七種不同的火山岩。比對地質圖,尋找各層出露地點共17處,進行田野調查、空拍記錄及樣本採集,並磨製岩石薄片共14片,進行岩相觀察與礦物面積比例計算。 本研究觀察到觀音山熔岩有漸變關係,符合鮑氏反應序列。從橄欖石玄武岩→普通輝石玄武岩→普通輝石安山岩→兩輝石安山岩→紫蘇輝石安山岩→黑雲母角閃石安山岩。 並依據新的田野調查資料,修正觀音山的地質圖資;建立火山噴發歷程模擬動畫;製作立體地形模型,以瞭解對地質地貌關係,皆可做為日後觀音山地球科學教育之參考。

快速合成金屬有機骨架複合材料用於微量工業廢氣吸附移除Rapid synthesis of metal-organic framework composites for removal of trace industrial waste gases

本研究開發一種新穎孔洞性吸附材料:金屬有機骨架 (MOF)。MOF 在反應溶液中自組裝形成孔洞結構,透過物理吸附有效捕捉氣相乙酸分子。研發出綠色、快速可在常溫常壓下大量合成三種MOF(HKUST-1(Cu)、UTSA-280(Ca) 及 A520(Al))方法。此外,為提升材料機械強度和應用價值,採用 PVA 聚合技術製備 MOF 複合物,使其造粒型化更易處理,提升商業和環境應用價值。吸附實驗結果顯示,HKUST-1(Cu) 粉末對乙酸移除率高達98%,而HKUST-1(Cu) PVA 複合物達93%,對比活性碳及其PVA複合物(移除率分別為85%和78%)表現更優異。MOF憑藉優異吸附性能和可大量生產低成本優勢,成為極具潛力有機無機氣體吸附劑,可為半導體產業提供一種維持高標準製程環境精密且簡便解決方案。

高山地區暖化之探討

高海拔的高山多與極區相似,地表覆蓋著冰雪,故推測可能觀察到與極地放大效應類似的情形發生。本研究探討歐洲、美洲以及亞洲海拔超過3000 公尺的數個近百年測站之氣溫資料趨勢並比較各測站之間的差異,藉由觀察所繪製出的圖表,得到支持高山地區的暖化情況同樣也較全球平均的暖化情況明顯的證據,以及高山地區季節的暖化差異,並更加了解高山氣候變遷的趨勢,以及近代與過去暖化情況的不同。

尋找提升淡紫青黴菌BA1S菌株降解PBAT塑膠能力之因子

塑膠汙染問題日益嚴重,生物降解是一個對環境相對友善的解決方法。淡紫青黴菌(Purpureocillium lilacinum)為一種內寄生性真菌,前人發現其 BA1S 菌株具有降解PBAT(Polybutylene Adipate Terephthalate)塑膠的能力。本研究目的在篩選能夠提升 P. lilacinum BA1S 降解 PBAT 能力的添加物。將厚度 30µm 的塑膠片置於含有 BA1S 以及各類添加物的溶液中進行生降解試驗,以 7 天或 14 天為單位進行取樣,依塑膠片餘重來計算塑膠的降解百分比。實驗結果發現添加 Cu²⁺離子的處理組在鹼性環境下(pH 7.5)有最佳的降解效果,推測是該添加物可作為漆酶(laccase)的誘導物,促進 BA1S 的氧化的降解效果。添加 Rifampicin 的處理組也能顯著提升降解率,推測是因為該物質具有促進 cytochrome p450 單加氧酵素活性所致。本研究成果不僅可運用在降解 PBAT 農膜,也可以解決田間病原線蟲危害的問題。

飛向宇宙,浩瀚無垠-自主分項研發火箭技術,推進系統及姿態控制和測量之研究

本研究將火箭分成三大部分:推進、姿態控制、降落,各別研發製作,用 低成本材料結合Arduino實現動態控制,以及自製出研發測量及實驗所需的器材,最後將所有技術整合完成一整支火箭。我們自行設計了引擎噴嘴,結合實驗將噴嘴推力提升,並比較不同噴嘴的推力。為了完成姿態測量,我們利用Arduino自製姿態測量系統,經過測試將其放置於火箭中用其自動量測數據並存取。回收火箭的動態姿態控制系統之部分,我們自製柵格翼,以及利用生活中所見有趣事物,創新製作圓筒姿態控制,實現火箭在空中動態控制。最後將技術整合,完成火箭。

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。

k距離集合與分類

k距離集合是一個在離散幾何領域中被探討到的問題,也是我們在這篇文章中所想要研究的主題。我們將會先對平面中 4,5個點與三維中 5,6個點的二、三距離集合進行分類,然後再探討在三角形與正方形格子點上的 k 距離集合中點的個數與不同形狀的格子點之間的關聯性,並對這些 k距離集合中的點在 k值較小時進行統計與分析。而我們的研究目的為找出在不同格子點構造中 k 距離集合點的最大個數,並比較兩種構造的形狀以及效率差異。

心線相依 The Extensions of Euler Line

此題出處為 Crux Mathematicorum, Vol. 44(4), Apr 2018[1]。已知H為△ABC 的垂心,自A、B與C往對邊̅BC、̅CA與̅AB 作三高,得三垂足為 D、E 與F,從△ABC的三邊往外作矩形,使其寬與三邊上的高成比例,再將這三個矩形相臨的頂點連起來,形成三組三角形。證明這三個三角形的中線會三線共點。事實上這點就是外心。 我將原題延伸為四種建構方法,從△ABC 的三邊往外作平行四邊形,分別連三個外接三角形,考慮其中線、角平分線、中垂線與高,以及三角形的五心。分析三線共點的情形。 本研究最特別之處是在四種建構96種情形中,共有69種共點。其中有7 種情形,當任意點J 配上三中線共點於P時,此時J、重心G與P點三點共線,且̅JG :̅GP=2 :1。當任意點J與垂心重合時,三中線共點於外心,此時這條直線即歐拉線。另外有 11 種情形,當任意點J配上三中線共點於P時,此J、重心G與P點三點共線,且̅JG :̅GP=1: 2。當任意點J與外心重合時,三中線共點於垂心,此時這條直線即歐拉線。且當f1(J,m)=P1,f2 (J , m)=P2,此時P2、P1、重心G與J共線。最特別的是當J與外心重合時, P1 是九點圓的圓心。

黑白猜一猜,AI來分開─圍棋AI自動分類機

本作品結合積木、馬達機械結構與AI技術自製「圍棋AI自動分類機」,將黑白子分類收納解決下完棋後沒人收拾的問題,我們以自動麻將桌概念為發想,設計9項不同實驗,首先以不同裝置測試棋子掉落方式,發現賓果滾筒能有效控制棋子一個一個掉落,其次大量拍攝不同燈光環境下黑白子照片,以Label-Studio進行影像標註,撰寫Python程式訓練AI影像辨識模式並控制伺服馬達轉向,使黑白子依辨識結果正確分類至棋盒。結果顯示「圍棋AI自動分類機」分類正確率高達99%,此外我們也應用於盲用圍棋,協助視障學生收棋,提升下棋便利性與學習意願。本作品不僅展現AI應用於日常生活創意實踐,也呼應SDGs中促進優質教育目標。

玫瑰花葉背下懸掛的小白球-偽裝高手草蛉的生態

媽媽種了許多玫瑰花,我在觀察時,看到一些白色小球,詢問老師知道這是草蛉的卵。我們到校園尋找並實際飼養草蛉,觀察牠們的型態和行為,同時設計卵、幼蟲、成蟲實驗。 在草蛉卵孵化實驗中發現草蛉卵會因為不同溫度高低,而影響牠的孵化率。 草蛉幼蟲期在覓食、運動和偽裝有特殊性,尤其偽裝能力最令人驚訝;草蛉幼蟲會把周圍的東西,都背在身上;偽裝過 程是用口器將物體夾住,再往上舉起,背部也跟著拱起,接住偽裝物,動作十分敏捷;每隻草蛉幼蟲身上都 裝著 滿滿 的 各式各樣偽裝物,我們推想這樣的裝扮可以讓幼蟲變強大,又可以隱藏自己。 草蛉幼蟲專門吃一些植物的害蟲,如:蚜蟲、粉介殼蟲、葉蟎等,是生物防治的益蟲。