全國中小學科展

臺灣

以Scratch為模型規劃最短逃生路線

本研究針對超市等室內空間中之逃生路線進行規劃,並利用Scratch建立模擬模型,結合曼哈頓距離與Dijkstra演算法進行最短路徑分析。研究旨在開發一套具效率的逃生路線規劃工具,以供空間設計與安全規劃參考。

基於YOLO物件偵測之長者居家行為識別暨照護輔助系統

隨著高齡化社會來臨,長者夜間跌倒事故頻傳,居家安全成為急需解決的問題。本研究提出一套以深度學習與影像處理技術為核心的智慧監測系統,重點為夜間跌倒事件的即時辨識與預警。系統運用OpenCV進行影像增強,改善夜間低光環境下的影像品質,再以深度學習模型Ultralytics YOLO11進行精準的跌倒偵測,達成即時通報與警示。此外,整合臥床偵測、夜間燈條引導與浴室進出監控,提供全方位居家安全防護。所有檢測數據即時記錄至Web Server(HTML、JavaScript、CSS、Flask、MySQL架構),供遠端監控與數據分析。經實驗證明,本系統能準確辨識夜間跌倒事件,有效減少長者夜間意外事故發生,對高齡社會居家安全具重要貢獻。

以底棲魚生物放大效應探討邊緣海區域性汞汙染Marginal Sea Regional Mercury Pollution Revealed by Biomagnification Effects in Demersal Fish

海洋中有許多重金屬汙染,其中汞元素因為濃度低很容易被忽略,但卻容易經由飲食進入人體,造成嚴重傷害。也因其濃度低不易被測量,現今也少有海洋中汞汙染的完整資料。然而,在生物體中汞濃度會因生物累積及放大作用而較海水的濃度來得高,故本研究利用魚體汞累積速率(MAR)當作追蹤海洋污染之生物指摽,此方法將魚體總汞濃度除以年齡得到的汞累積速率,以去除生長時間的影響因素。 本研究利用習性不常移動之底棲魚種之MAR,分析與生物放大作用相關的掠食階級(Trophic Levels)之相關趨勢,經過篩選,研究分析了31篇過去於大西洋、太平洋及地中海採樣的文獻,將其中資料整理成趨勢圖,比較各區域汙染程度,發現各區的汙染程度呈現差異,同時提供觀測區域海汞汙染的新方法。

神秘的數字圓舞曲 - 探討質數環排列的存在性

如果正整數1~n存在環狀排列,使得相鄰的數字和皆為質數,則將其定義為質數環。 本研究主要使用不同方法探討質數環的存在性。在本研究與文獻中,都沒有寫出質數環通式的方法,因此我藉由孿生質數、類孿生質數、一般質數(相差不固定的質數組)等方法,構造特定值的質數環,並使用程式驗證各定理在有限範圍能構造出質數環的整數個數、比例。 本研究的貢獻之一在於發展出類孿生質數構造質數環的方法,我突破質數對相差變大會比較難找出數字關係的框架,延伸孿生質數的方法至類孿生質數,還結合一對孿生質數與一對相差四的質數以構造質數環。 更進一步地,本研究提出使用不限定差的質數組構造質數環的方法,擺脫孿生質數猜想,使這個問題的解決方法更一般化。

麩醯胺酸誘導阿拉伯芥的受體表現

自然界中,植物以NO₃⁻和NH4+作為主要氮源,在吸收後轉化為麩胺酸(Glu)和麩醯胺酸(Gln)作為第一產物進行基本生理反應,在我們實驗室先前的研究中,發現Gln會誘導阿拉伯芥側根生長、壓力反應和抗病性,所以提出了一種假說「細胞外的Gln是營養氮源,也是一種“危險訊號”」,藉由可能存在的Gln的受體表現。目前我進行了其中三組受體的測試,分別是wall-associated kinase2(WAK2)、wall-associated kinase3(WAK3)和EF-Tu受體(EFR),WAK家族是穩定細胞壁果膠的受體激酶,然而我們實驗中發現WAK3在wak3 muntant的表現是不穩定的。EFR為接收EF-Tu(elongation factor thermal unstable)的模式辨識受體(PRR),參與活化植物防禦及PAMP-triggered immunity (PTI),efr muntant在Gln的誘導下表現了防禦相關基因與水楊酸生成之相關基因。本研究將有助於深入理解Gln在植物防禦和側根生長中的功能及其調控機制,並為未來的作物改良和病害防治提供理論基礎。

探討候選基因對角質層與氣孔發育的調控之影響

植物進化成陸生植物的過程中,氣孔和角質層是關鍵特徵。氣孔由保衛細胞調控,負責二氧化碳進入和水分蒸發;角質層則保護植物免受水分流失及環境壓力。調控這些特徵的基因尚不明確。本研究利用全基因組關聯分析(GWAS)探討阿拉伯芥的角質層和氣孔發育。GWAS結果顯示,與角質層厚度相關的基因位於第二條染色體,而與二氧化碳吸收效率相關的基因位於第五條染色體。氣孔導度和水分吸收效率的調控基因可能在第一、三、四條染色體上。角質層變薄時,氣孔密度下降,導致氣孔導度和水分蒸散率上升;而當角質層通透性增加到一定程度時,二氧化碳固定效率達飽和。此外,透過反向遺傳學篩選候選基因,研究特定基因對角質層合成及光合作用效率的影響。突變株分析顯示,抑制控制角質層或氣孔的基因會促進另一性狀的表現,未來可進一步探討自然族群中相關基因的功能。

石墨烯-銀異質結構的優化與功能開發 The Optimization and Development of Graphene/Ag-doped heterostructure

從家用微波爐到3C產品,皆有微波電磁干擾 (Microwave Electromagnetic Interference, MWEMI)的防蔽設計需求。依據2020年科展競賽作品中的薄層微量雙金屬催化技術可製得 Graphene/Ag-doped異質結構,但該作品未曾研究此材料的防蔽 EMI 能力。本研究優化此技術,成功將銀奈米結構沉積在石墨烯的缺陷及晶界邊緣,相關技術與實驗參數(化學氣相沉積法的加熱溫度、時長和通氣量)已發表於2023年科展競賽作品。本研究進階發現 Graphene/Ag-doped異質結構具高透明度和屏蔽 MWEMI 的能力,單層膜可屏蔽60%之 MWEMI,效能優於文獻上記載的2~3層石墨烯。而依據2023年文獻說明單層奈米碳管 (MWCNTs)異質結構經氟化處理後,可大幅提升 MWEMI 屏蔽效能,因此我們也將 Graphene/Ag-doped材料經由四氟化碳電漿處理,氟化後的屏蔽效能又比單層石墨烯-銀高出15倍,可遮蔽高達99.9%的 MWEMI。

舞動靜默—空間迴音問題探討

本研究起因於學校表演藝術課教室的迴音問題,影響學習專注與舒適度。為改善此現象,本研究針對空間音場進行改善實驗,探討不同布料材質、不同樣式窗簾、不同吸音孔形狀、不同吸音孔深度,吸音與減少迴音的效果。研究使用手機應用程式產生定頻音源,透過自製音場實驗箱,搭配噪音計測量吸音量與殘響時間。 研究主要發現如下: 柔軟性高的布料具較佳吸音與減少迴音效果。 波浪簾吸音與減少迴音效果皆優於紙捲簾與百葉簾。 孔洞為圓形之吸音板比正方形或正六邊形更能有效吸音與減少迴音效果。 孔洞深度較深之吸音板,吸音與減少迴音效果越明顯。 透過本研究的結果應用,選擇合適的吸音材料與孔洞設計,可以有效改善空間音場環境,提升學習成效。

與「擬」的距離-高中生線上社交與離線互動行為差異之研究

隨著數位科技的發展,線上社交平台已成為高中生日常生活的重要部分,其中非語言符號在溝通中扮演關鍵角色。本研究旨在探討高中生在線上與離線互動中使用非語言溝通元素的行為偏好及其動機。結果發現,高中生可能在即時通訊平台上表現出情境依賴性,多數參與研究的學生在不同社交情境中會根據通訊對象調整溝通行為,與長輩或「嚴肅人物」溝通時更傾向使用文字表達。另外,學生偏好使用表情符號來加強情感表達,但非語言符號解讀差異仍會影響效果,無法完全取代離線交流中的非語言情感傳遞。本研究有助於了解高中生在數位平台上的溝通行為,希望後續的研究者能夠更深入的研究。

鼠鞠草萃取物調節NRF-2轉錄因子救援UVB造成的皮膚細胞老化

人類皮膚接觸到陽光中的紫外線(UVB)會造成皮膚細胞內產生大量的自由基進而導致皮膚老化,本研究的目的是為了探討鼠鞠草萃取物是否可用於減緩UVB造成的皮膚老化。本實驗以UVB紫外燈來照射人類皮膚纖維母細胞,藉此模擬人類皮膚曬太陽所引起的老化狀況。由實驗結果得知,UVB照射會造成皮膚細胞的傷害,包括皮膚細胞死亡、細胞移動能力的減緩、氧化壓力上升、老化蛋白質p21表現量上升、抗老化相關蛋白質collagen1a1的表現量下降;而加入鼠鞠草萃取物之後,上述造成皮膚細胞老化的病理現象都得到了明顯改善。進一步的研究,我們發現鼠鞠草萃取物是經由抗氧化蛋白質NRF-2表現量提升來抑制皮膚細胞的老化。