全國中小學科展

臺灣

混沌雷達感測與循環 神經網路之研究

本研究專題利用混沌電路所產生的信號來實現混沌雷達偵測物體的距離,在實作上面,使用運算放大器、電阻、電感及電容來實現蔡氏電路,並證明可用其混沌狀態發生的紊亂振盪來產生混沌雷達所需的信號,其產生的電壓信號,經由數位儲存示波器取出資料再加上軟體MATLAB的資料處理及信號分析,並使用了類神經網路中的循環神經網路,嘗試回復電路的設計參數,可證實蔡氏電路所產生的混沌信號,用於雷達信號的偵測不容易被破解、干擾且具有高度的安全性,未來極具發展潛力。

真心畫大冒險~真心三角形性質之探討

本研究中所提到的「真心」即為三角百科中的Kimberling center 𝑋174,Wabash center 為三角百科中的Kimberling center 𝑋364。我們從Wabash center 的作圖法,延伸出真心的概念,並定義了真心三角形。在本研究中,我們對於真心三角形、旁邊三角形、旁心三角形及其內切圓、外接圓進行研究,發現這些三角形有相似關係,其各心間則存在共點、共線、共圓等性質。同時我們也找出了真心的barycentric coordinates,並以此作為基礎,提出真心之幾何作圖法。

「蜂」塵僕僕-蜜蜂的採蜜偏好與認知行為研究

本研究探討環境因子對蜜蜂行為的影響,涵蓋飛行方向、食物選擇、溝通呼叫及禦敵行為等方面。結果顯示,蜜蜂明顯偏好高濃度糖水,並對短波長顏色(如藍色和紫色)表現出強烈吸引,這與牠們的感光細胞特性相符。蜜蜂離巢時,展現出顯著的正趨光性,並能依靠長期記憶和空間學習優化飛行路徑,表明牠們具備高度的導航能力。有趣的是,巢口顏色對蜜蜂的出入口選擇並無顯著影響,顯示牠們依賴其他環境線索進行決策。 此外,蜜蜂在採蜜過程中可能會傳遞食物的「顏色」訊息,幫助追隨蜂更有效率地尋找蜜源,提升覓食的整體效能。

日本南海海槽長微震特性比較及其與環境參數之關聯

本研究利用Slow Earthquake Database長微震資料探討日本南海海槽長微震事件發生的特性、嘗試找出造成此區長微震發生的原因。我們將日本西南部的四國島、紀伊半島、愛知縣依空間細分為八個小區,分區將長微震的資料繪製成圖表,並利用快速傅立葉轉換Fast Fourier Transform進行頻譜分析,尋找該區長微震的活躍程度及復發週期,復發週期為一季至一年不等。另外,我們也將環境參數與長微震的月平均發震時長做比較,發現兩地皆與風速呈負相關、和累積雨量推遲1~2個月後兩者間成正相關、和地下水位高度呈負相關。潮汐與長微震的相關性上,潮位高度的影響較漲退潮狀態顯著, 但兩者均對長微震的發生有著正相關。

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與Dabrafenib對未分化性甲狀腺癌(ATC)進程機制之探討

上皮細胞黏附分子(EpCAM)與上皮細胞間黏附、信息傳導、增殖與分化等功能有密切關係,已被證實會在多種上皮癌細胞中大量表達,被視為一種可行的臨床標記。透過 細胞存活率、細胞群落、轉移與侵入試驗,觀察到EpCAM能增強未分化性甲狀腺癌(ATC)的細胞增殖、生長、轉移與侵入能力。 此外實驗發現dabrafenib小分子抗癌藥物處理的ATC,其細胞增殖、生長、轉移與侵入能力均有下降的趨勢,而細胞凋亡程度則有顯著的上升。此次研究藉由西方墨點法發現,磷酸化ERK蛋白的表現量隨dabrafenib濃度的上升而逐步下降,顯示dabrafenib能夠抑制ATC細胞訊息傳遞路徑中ERK蛋白的磷酸化,進而影響ATC的生長。若能深入了解EpCAM和dabrafenib在癌細胞中的作用機轉,EpCAM相關藥物與dabrafenib未來在臨床應用上,或許能為ATC患者提供另一種新的治療方式。

「塑」戰「菌」決——探討小蠟蟲腸道菌對塑膠微粒的吸附及降解情形

本研究探討小蠟蟲(Achroia grisella)腸道共生菌對塑膠微粒的吸附與降解潛力,成功分離出30株可穩定培養菌株,並針對常見塑膠(PET、PP、PE、PLA)進行吸附與降解分析。結果顯示,菌2與菌5能有效吸附PE與PLA微粒,其中菌5在PLA條件下展現快速酸化與 CO₂ 釋放現象,顯示具備生物降解能力。進一步證實其在無碳源條件下仍能附著塑膠表面,顯示其可將塑膠作為潛在碳源。此外,菌株處理後之PE微粒對水蚤毒性下降,心跳與存活率回升,推測與毒性添加劑去除有關。本研究亦觀察到菌體對塑膠表面具專一性吸附,對金屬顆粒無附著現象。綜合實驗結果,菌株5具高穩定性、廣效吸附與降解潛力,未來可應用於塑膠污染治理與生物回收領域。

地質改良樁在砂質地層中穩定學校教室

開學時,學校拆除前面的危樓,在地面上挖出一條深約1.5m的大溝槽,可以清楚的看見學校地層是一層一層粗細不同的泥砂,在下大雨時,還可以看見地下水的流出。所以我們在塑膠盆底部插入不同數量的木條,模擬地質改良樁做地震的測試,結果塑膠盆裡的泥砂會受到木條的數量影響而下滑;也在泥砂上,模擬木條房屋,在地震後產生不同角度的傾斜和不同深度的下陷。最後,我們利用大型塑膠盆、厚木板和裝入混泥土的塑膠管做成模擬地質改良樁放入泥砂,在上面放置不同規格的模擬房屋做模擬地層的實驗,發現模擬地質改良樁的數量、長短、疏密、地層搖晃的時間,都會影響房屋的下陷、傾斜和倒塌。

藍晒圖不只是「藍」晒圖

傳統藍晒圖是利用檸檬酸鐵銨加赤血鹽的光反應,在紙上形成普魯士藍沉澱,再用水洗去未感光部分,留下藍色圖案。我們探究顯色差異創造多重色彩,突破傳統藍晒圖僅有藍色的限制。研究「定影劑」對顯色的影響,發現氫氧化鈉可使日晒區域呈米黃色;並嘗試使用蝶豆花汁、紫色高麗菜汁作顯影劑,搭配不同定影劑創造多色顯影。透過系統性實驗,探討「定影劑、紙張材質、光照度與曝光時間、乾燥方式」對藍晒效果的影響;並研究「顯影劑與定影劑」交互作用的色彩變化。研究中以「色相、輪廓清晰度、色彩對比值」量化結果,並由結果反推實驗變因,讓藍晒圖不只是「藍晒圖」;而是能透過改變製程及配方組合,創造出專屬的客製化作品。

氣候與地質條件驅動的臺灣紅樹林與鹽沼碳封存

本研究以臺灣新竹縣的新豐紅樹林與臺中市的高美溼地,分別作為臺灣紅樹林與鹽沼的代表。經過元素分析、粒徑分析及密度分析之後,比較臺灣紅樹林與鹽沼兩個藍碳系統的碳封存能力差異及和國外相關研究間的差異性。本研究發現,採樣地距海越近,有機碳佔底土比例越高;粒徑較小的沉積物顆粒,較可能儲存更多有機碳;並藉此得出了藍碳相關研究受地理環境影響很大的結論。各採樣地樣本的活性有機碳(LOC)比例多大於難降解有機碳(ROC)比例,可能是由於臺灣的藍碳系統缺乏河川穩定供應有機物,又受到年齡與氣候條件的影響,其中儲存的ROC在總有機碳(TOC)中所占的比例不高,因此不適合長期儲存有機碳,卻很可能在幾十年內快速形成一個新的碳匯系統。

為視障者開發之學習輔助平台:結合Image-to-3D AI 模型之可觸式三維擴增實境顯示器與個人化之檢索增強生成(RAG)自然文字系統

全球約有9千萬的兒童是視障者,他們的學習依賴著點字器材。點字書難以傳達3D (三維)圖形的概念,讓他們在理解3D圖形有許多挑戰,而點字書過長的文字描述加大了他們與正常同儕之間的差距。本研究旨在開發一個學習輔助平臺,同時強化視障者的觸覺認知和文字圖形理解能力。 在強化觸覺認知方面,開發之系統能將傳統的圖片,利用影像轉3D之人工智慧建模(Image-to-3D AI model)技術,轉換圖片轉為3D,呈現在開發的擴增實境顯示器上,讓視障者能夠親身透過觸摸立體顯示器之3D模型,瞭解圖片表達的空間結構。在文字優化方面,利用微調大型語言模型與搜索式強化生成等方法,優化視障者閱讀之內容。系統開發過程中,二位視障者進行體驗,持續以修正系統設計的便利性、友善性與有效性。 本研究成果為視障者帶來新式個人化的學習輔助工具,增強視障者對立體圖形學習能力與文字理解。