全國中小學科展

臺灣

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。

金屬多酚配位奈米載體合成與多功能腫瘤治療法開發

本研究結合奈米合成技術與生物醫學, 利用表沒食子兒茶素沒食子酸酯 (Epigallocatechin gallate, EGCG) 作為載體 調控摻雜Cu2+/Cu3+與 Fe2+/Fe3+之含量 並以π-π交互作用力附載缺氧性抗癌藥物替拉扎明 (Tirapazamine, TPZ) 成功製備出多功能金屬多酚配位奈米顆粒簡稱為EFeCuTPZ。 材料經紫外-可見光譜 (UV-vis),、動態光散射 (DLS) 及掃描式電子顯微鏡 (SEM) 確認其粒徑大小、形貌學與穩定性。利用808 nm和671 nm雷射分析其光熱轉換效率 評估光熱療法效果,。在腫瘤微酸性環境下, EFeCuTPZ可利用高濃度之H2O2行芬頓反應 (Fenton Reaction) 產生高活性之氫氧自由基 (•OH), 展現化學動力療法 (Chemo dynamic-therapy, CDT),。同時, 藉由材料中的Cu²⁺與腫瘤環境中的穀胱甘肽 (Glutathione, GSH)反應減少高活性物質 (Reactive oxygen species, ROS) 的消耗 增強CDT之療效。酸性條件下 TPZ顯著釋放 有助於腫瘤治療。 另外, 細胞實驗顯示EFeCuTPZ具有高生物相容性與治療效果, 成功開發出具CDT,、CT及PTT功能之奈米複合材料 為醫學新興藥物材料提供可能性。

連通圖上行走路徑經過邊數期望值之研究

本研究延續自作者前一年的研究「連通圖上行走步數期望值之研究」,原題為在一個六面體中,有一隻螞蟻位於其中一個頂點並沿著邊行走,每當牠走到頂點時就會選擇一條邊繼續行走,且牠前往任何方向之機率皆相同,但不可走回頭路,求螞蟻回到出發點時經過邊數之期望值。本研究將題目延伸出了以下幾個問題,得出結論後並證明。結果如下:Kn (n - complete graph)、任意tree、Cm★Cn、Km★Kn中,螞蟻從其中一點vi出發,第一次走到另一點vj時經過邊數之期望值通式。除了研究不同的圖上點到點經過邊數期望值通式,針對圖論中經常用的距離 (點到點的最短路徑經過邊數) 與點到點的期望長度最大者進行比較,探討在圖上之性質。

以LoRa物聯網通訊技術及去中心化網狀網路構建緊急救難發報系統

網際網路高速發展時代,為解決身處於無蜂窩訊號涵蓋範圍下,可提供通訊服務及緊急呼叫的手持無線電及衛星服務昂貴不普及,因此本研究採用遠距離、低成本、ISM免執照頻段的LoRa物聯網無線電技術,透過其啁啾調頻技術(Chirp Spread Spectrum)、高鏈路預算等優勢,以「人人皆為基地台,亦為客戶端」理念,設計P2P去中心化網狀網路(Mesh Net work)節點傳輸協定和低廉可負擔的通訊裝置,應用於SOS緊急救難呼叫、短文通訊、定位回報等。在固有網路系統不可用時也得以獨立組網,無須高昂的修建維護成本。也可透過搜救無人機、高空氣球等,快速部署Gateway於高山極地、無訊號區、第三世界國家等情境場所,促進人類福祉達成聯合國SDGs永續理念,未來將技術結合低軌道衛星,較其他衛星技術更經濟、環保,並覆蓋全球範圍達成無死角通訊。

「藜」「鎖」「碳」「染」-結合染敏技術與碳轉化的光碳複合電池

本研究製作新型染敏電池,分為四大部分:一、正極材料改以易取得的石墨片來代替傳統燻黑奈米碳;二、製作膠態電解質來減緩電解液的蒸發與滲出;三、染料採用農業廢棄物-台灣藜殼,以75%的酒精當溶劑,利用微波輔助來萃取色素,提高萃取的效率,並將染液調配成pH=4.8左右,其發電效益有最好的表現;四、負極材料採用奈米級的二氧化鈦,搭配醋酸、Triton X-100,並在添加硫酸銅後,電池發電效益增為1.43倍。歷經改良後製得的第三代電池,是利用碳膠銅網電極做為正極材料,製作出可捕碳的染敏電池-光碳複合電池,照光後的最高開路電壓可達1.120V,最高短路電流為0.622mA,此電池能在利用太陽能的同時,同時捕捉空氣中的二氧化碳,希冀藉此達到永續環保的新理念。

基於LSTM行為與活動力之樂齡關懷系統

本研究開發基於RNN和LSTM的獨居者居家行為監控系統,利用樹莓派、多種無侵入式感測器及鏡頭實現獨居者日常活動的實時監控與情緒評估。系統收集各感應器數據,透過 LSTM 進行學習與預測,並使用隨機森林演算法分析行為狀態,提供客製化數據處理與預測性能優化。 長期數據收集可觀察獨居者的活動力及情緒變化,早期發現健康風險,針對現有求救設備頻繁異常通知的問題,我們開發了能夠識別長期身心狀況變化的監測系統,並整合人體紅外線感應器、都卜勒雷達感應器、日夜感測器等技術,透過Python程式及MQTT進行數據收集與處理。模型訓練使用SQLite資料庫數據,經過多次測試選擇最佳參數以提高預測準確度,隨機 森林演算法也強化決策準確性。 通過長期的數據收集和分析,本系統能夠觀察並預測獨居者的活動力和情緒的變化,早期發現獨居者的身心健康是否有風險。

原薯蕷皂苷透過抑制MAPK訊號路徑及ROS的生成對LPS誘導的敗血症具有保護作用

敗血症是一種由感染引起的全身性發炎反應,常導致多重器官衰竭甚至死亡。天然化合物Protodioscin(原薯蕷皂苷)主要萃取自薯蕷屬植物,屬於甾體皂苷類,具有多種潛在的生物活性,包括抗炎、抗癌及抗氧化特性,但卻尚未有研究指出對於 調控巨噬細胞發炎反應的作用。因此本研究主要探討Protodioscin是否可抑制LPS誘導的J774A.1巨噬細胞發炎反應及ROS生成。透過酵素結合免疫吸附分析法檢測TNF-α、IL-6的產量;藉由西方墨點法分析檢測Protodioscin對於iNOS、COX-2、MAPKs和Nrf2訊號路徑的表現;流式細胞儀分析細胞中活性氧(ROS)的濃度。最後利用免疫螢光染色評估發炎反應程度。實驗結果顯示,Protodioscin 可顯著抑制發炎相關蛋白表現並減少ROS產生,顯示其具潛力作為敗血症的輔助治療藥物。

Langford數列之探討

Langford數列為一種特殊的排列,本研究旨在探討改變Langford數列的不同參數,進而探討數列的必要條件以及是否存在結構規律,我透過奇偶性以及位移法兩種方法,得到數列各種情況下的存在條件。研究分為五階段:第一階段不改變數列條件;第二階段改變每數出現次數,以上述兩種方法分析其影響;第三階段改變數列最小數,計算並討論何種情況下存在數列;第四階段為整合以上三階段,使數列同時存在三種參數;第五階段為將數列以特定方式進行簡化,並且尋找其規律。

居家自製牙齒美白試劑與客製化牙齒美白應用程式之開發

本研究以豬牙作為人牙替代模型,採用CIELAB 色彩空間中L值作為牙齒亮白度量化指標,系統性探討過氧化氫與等效過氧化脲於漱口水與凝膠兩種劑型下的牙齒美白效能差異。基於研究結果開發牙齒美白使用方針建議app,結合使用者初始牙齒L值、期望之美白效果及使用頻率,以研究結果作為依據演算出客製化的美白方針,提供使用者調配漱口水與凝膠之方法與使用方式,精準控制活性成分暴露量,避免氧化過度或反應不足。本研究創新地將 CIELAB之L值量化結果整合至智慧推薦系統,同時深化了居家牙齒美白產品之科學基礎,亦為個人化口腔保健管理提供新思維,有效提升國人居家美白安全性與使用者體驗,並有助於減輕牙科醫療負擔,具備顯著之社會與產業價值。

柔性明膠電阻式記憶體元件在彎曲下的效能之研究 Study on the Performance of Flexible Gelatin Based Resistive Random Access Memory Devices Under Bending Conditions

本研究使用柔性PET基板,並將Al2O3沉積於明膠上作為介電層,製作電阻式記憶體-Al/gelatin/ITO-PET元件(AGI柔性元件),期望提升基板的可撓性,同時維持元件的基本運作模式。為檢測元件性能,本研究分別在平面及彎曲狀態下測量其電性。透過施加循環電壓於AGI元件,測繪其電流變化圖,並分析元件不同操作狀態下(平面、固定彎曲、動態彎曲)的電性穩定度。研究結果顯示,AGI柔性元件在每次循環間電流變化小,且在不同半徑的 動態彎曲測試中,電流-電壓(I-V)疊合圖的開關比均呈現穩定。綜上所述,AGI柔性元件在兩種彎曲狀態下能夠展現低切換電壓與穩定的開關性能,加上明膠的生物相容性和優異性能,表現出其在穿戴式記憶裝置的發展潛力。