全國中小學科展

臺灣

智慧助力-自適應電動手推車系統

本研究針對傳統手推車於上坡、下坡及搬運重物時操作費力的問題,設計一套具智慧感測與動力輔助功能的自適應電動手推車系統。整合雙霍爾感測器偵測輪胎轉速與方向、陀螺儀辨識傾斜角度,以及壓力感測器判斷推拉意圖,可依環境與操作情境自動調節馬達輸出功率。我們建構13項輔助邏輯規則,簡化系統運算並提升反應效率。 實測推動34.5公斤負載上坡時,未啟動系統需7686克重(約75.3N)推力,啟動後降為1167克重(約11.4N),省力幅度達84.8%邀請100位使用者操作問卷,88%認為前推較省力,95%在上坡感受到輔助效果,75%認為下坡時系統阻力可防止滑動。 實驗結果證實本系統具備良好穩定性與實用性,未來可應用於物流推車、長照輔具或電動輪椅,提升操作便利與安全性。

有抱「負」的魔術箱

本研究的目標是做出空氣清淨器來改善空氣品質,我們利用防霾紗網及活性碳濾棉自製濾網,並透過等離子產生器將等離子注入空氣濾網內部進而過濾懸浮微粒、甲醛及總揮發氣體(TVOC)等有害物體,透過實際在前鎮漁港、台電南部發電廠、左營區某國中、林園區大林發電廠實地測試清淨機的清淨成效如下: .前鎮漁港:PM2.5改善率33%;PM1.0改善率28%;PM10改善率31%。 .台電南部發電廠:PM2.5改善率29%;PM1.0改善率23%;PM10改善率28%。 .大義國中:PM2.5改善率30%;PM1.0改善率22%;PM10改善率26%。 .大林發電廠:PM2.5改善率59%;PM1.0改善率58%;PM10改善率55%。 我們也自製壓克力觀察箱,從中探討等離子、負離子及水霧清除TVOC、懸浮微粒的成效,並透過HEPA濾網、活性碳濾棉、各種紗網、熔噴不織布等濾材來進行過濾實驗並找出較佳的組合,從而製作出環保又經濟的空氣濾網。期望空氣清淨機可以成為教室的標配,讓大家在安全的室內環境中學習。

「纖纖吸油去」植物粗纖維與石蠟製成複合材料的吸附油汙試驗

雜草被認為是不具經濟價值的東西,而近年來入侵的外來種植物,因為生長迅速且沒有天敵,所以危害了我們自然環境的原生植物,本研究使用稻草與小花蔓澤蘭,將之曬乾 並打碎後過篩出粗纖維,混合石蠟成為複合材料,試驗材料吸附油汙的效果。結果顯示,粗纖維與石蠟混合比例較高的1:3時,因為有更多的石蠟使材料穩固能吸附較多的油汙,稻草組的平均吸油汙量為7.19g,小花蔓澤蘭組只有3.25g,為同比例的稻草組的64.3%,稻草組的平均飽和比為1:3.22,吸附油汙達到最高8.07g,小花蔓澤蘭組的平均飽和比只有1:2.60,吸附油汙重只有4.72g,為稻草粗纖維的58.5%。未來將研究此複合材料應用於生活上的吸附油汙,或利用複合材料在其他領域上來提高雜草附加價值。

鋸見AI-木工教學訓練機具安全防護之研究

科技課程中木工機具的安全問題備受關注。本研究整合視覺語言模型與手掌辨識技術,即時分析操作時的手部姿態,以判斷危險程度,並可傳遞危險訊號至智慧插座,自動控制機具停機,減少意外發生。其中實驗照片測試集共396張,涵蓋12種手勢與3種環境亮度(750、500、300流明),透過不同提示詞(Prompt1~Prompt6)改善鋸見AI的分類效果。並且最佳模型(Prompt6)在危險手勢的正確率達99.3%,警戒手勢89.8%,安全手勢86.4%,表現高度準確性。此外,手掌距離辨識在500流明環境亮度下的誤差低於0.5公分,可作為系統後端危險狀況停機的重要輔助依據。在教學應用上,系統能即時辨識危險手勢並成功切斷電源,平均反應時間約為170~200毫秒,展現出即時防護的實用性與教學輔助潛力。

進化吧!種子炸彈-種子球成分之研究及改良

本研究探討種子球可應用在災後裸露坡地之植被復育。初期配方採培養土和黏質土進行初步實驗,後針對0403 地震裸露坡地的狀態,故改良種子球成分目的提升保水性與黏著性。研究發現土壤添加天然聚合物於前三日均能提升種子球之保水力,土壤加入海藻酸鈉(SA0.5)後水分保留能力顯著,3天內保水度較對照組差異達9.32%,5天內差異達2.55%。土壤濕度最高時,海藻酸鈉配方(SA0.8)黏著性表現出色可承重達150公克。此外,海藻酸鈉與甲基纖維素 (SA+MC)混合配方在黏著度上亦有出色表現,適用於坡度較陡或岩石較多的裸露坡地進行種子球投擲。本實驗之 種子球改良配方,有助於提升偏遠或難以到達的山林地植被之恢復效率,針對災後環境修復或可提供解方。

Q不容緩!粉圓彈性模型之建立

參考文獻後,發現水溫、煮製時間與浸泡過程皆會影響澱粉糊化程度與內聚性。透過單/多變因實驗設計,分析各參數對粉圓內聚性影響,並建立粉圓彈性模型。在單變因實驗中,烹煮時間60分後,粉圓吸收水分與熱能後與生粉圓相比膨脹1.4倍,但超過120分後過度糊化而縮小。在多變因實驗中,由SN反應圖趨勢,找到澱粉分子、水與熱交互作用最佳條件:生粉圓浸泡80度熱水90秒、浸泡10度冷水1小時、沸水烹煮20分、50度悶煮5分鐘,且微調後可適用不同生粉圓粒徑。品評後,結果呈現此方法烹煮的粉圓是青年族群的最愛。另外,亦可調整軟硬度,迎合幼、老年族群喜好,未來可結合AI智慧機器人達成模組化、自動化、客製化粉圓烹煮流程,實現商業應用。

Banana「波~內納」-運用非破壞性電阻抗法檢測超音波催化效果之研究

本研究探討以電阻抗作為非破壞性檢測指標,評估芭蕉與香蕉的成熟度,並分析超音波對澱粉酶活性催化之影響。傳統品質分析多為破壞性,本實驗以LCR儀測量水果在不同成熟階段的等效電路的並聯電阻(RP)、並聯電容(CP)、串聯電阻(RS)及總阻抗(ZAB),比較在有無超音波發射下的變化。實驗結果顯示,隨成熟度提升,RP 與ZAB值穩定上升,超音波實驗組百分比上升幅度較大,推測其加速澱粉酶催化作用,促進成熟;芭蕉因果皮較薄,反應更顯著。本研究顯示超音波具催熟效果,電阻抗可作為成熟度評估依據,具智慧農業應用與自動化品質監控之潛力。團隊亦設計超音波催熟箱,供業界與家庭參考。

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。

人工智慧 A Eye 行人守護星-禮讓行人號誌燈的探究與實作

為降低車禍發生率並改善行人穿越馬路的安全問題,我們設計出結合人工智慧影像辨識技術的「禮讓行人號誌燈」系統。透過Pixel:Bit開發板的攝像鏡頭進行行人偵測,系統能有效辨識人類與其他物體的差異,當偵測到行人經過斑馬線時,上方的黑色螢幕會亮起警示燈,同時地面斑馬線也會發出燈光提醒,讓駕駛提前注意,主動減速禮讓行人。我們先透過測試不同距離的偵測條件,建立模型,接著模擬實際馬路情境,進一步優化設計。本研究除實作硬體裝置外,也結合AI協作程式,實現完整功能的原型系統,期望能應用於未來智慧交通建設中,提升用路人安全與行人通行品質,讓人工智慧A Eye禮讓行人號誌燈守護你我安全,讓「行人地獄』的惡名不再有!

上卡?不上卡? 自行車平台踏板、機械式卡踏與磁吸式卡踏的效率與安全性比較

卡踏與卡鞋是自行車運動中常見裝備。“上卡騎行”透過卡鞋與卡踏的鎖固或磁力吸附,提供6至9點鐘方向踩踏拉力,減少滑脫與力量流失。機械卡踏時有脫卡不及摔車報導;磁吸卡踏號稱安全脫卡,但缺乏實驗佐證。本研究內容包含(一)踩踏上拉力(二)平台踏板、機械卡踏與磁吸卡踏在不同坡度(0%、2%、4%、訓練台實境陡坡6%-10%)的效率、疲勞度比較及(三)2種卡踏脫卡安全差異。結果顯示上卡可提供踩踏拉力;騎行效率陡坡時顯著提升最高達14.13%,平地緩坡效率差異不顯著;上卡有助於降低相同踏頻下的疲勞度;脫卡安全方面,磁吸卡踏容錯率達100%,顯著優於機械卡踏的42.8%,有更高的安全潛力。