全國中小學科展

臺灣

眾樂樂合成樂團

本研究透過運用AI技術輔助程式設計聲音合成器程式,以探索聲音波形生成與觀察分析聲音頻,實驗透過不同波形振盪器,並調控ADSR參數,與濾波器組合,我們用不同的合成方法,獲得各類樂器聲音的最佳合成參數,再以先前完成的自製樂器加以改進,透過Arduino偵測串聯電阻分壓電路傳遞琴鍵按壓的演奏訊號至電腦,再經由合成器運算合成輸出對應的樂音,藉由選定不同樂器模組實現樂團合奏。在研究過程中,為解決電腦端即時運算合成音色的耗時問題,我們預先合成並暫存不同樂器音色,提升演奏時的反應速度。最終,本研究在開源程式與AI的輔助下開發出一套支援多人即興演奏的音樂合成器系統,提供創新的音樂創作與演出方式,降低傳統樂器練習的成本與噪音問題。

基於LS1043A多核處理器之嵌入式系統開機速度之精準計時方案

電子智能系統被廣泛應用在現代人的日常生活中,但是使用任何電子系統都必須面對系統失效的風險,就像我使用電腦可能會當機一樣。在智能車輛的應用中,電子系統的可靠性與我們的人身安全直接相關。一旦發生系統失效的狀況,恢復系統正常運行的最後一個手段是重新啟動系統,藉由系統重啟來恢復系統的正常功能。因此系統重啟的耗時,對系統的可靠性至為重要。 LS1043A晶片是多核心高階處理器,能夠運行完整的Linux操作系統。由於LS1043A架構及功能的複雜性,它的開機程序需要遵守嚴格的步驟,耗時也比一般的微控制器更長。在這個實驗中,我將了解LS1043A處理器的架構著手,由此設計一個計時器,能做到精準量測開機時間達千分之一秒,使開機時間成為能夠量化的指標。本實驗的計時方案是一個通用的設計概念,可用來量測不同類型高階處理器的開機耗時及系統可靠性評估之參考指標。

以果蠅建立單純型表皮水皰症(EBS)模型、建立藥物篩選流程並以雙醋瑞因(Diacerein)進行測試

遺傳性表皮分解性水泡症(EB)是種罕見疾病,因突變使角蛋白異常,造成表皮組織脆弱易形成水泡,單純型水泡症(EBS)是最常見的類型。此計畫旨在:(一)建立果蠅EBS疾病模型;(二)探討溫度對病徵的影響;(三)以此果蠅EBS疾病模型發展藥物篩選平台。初步使用Diacerein測試,評估對EBS症狀的改善效果。 目前顯示突變角蛋白K5/K14R125C會形成積聚體,與正常K5/K14形成的角蛋白網絡不同;全程25℃培養,約32%果蠅翅膀有水泡,亦符合EBS病徵。篩藥平台建置已完成色素和溶劑DMSO劑量測試,初步顯示Diacerein有助病徵緩解。目前將擴大統計不同溫度對 EBS果蠅死亡率、水泡發生率和角蛋白積聚形成比例。希望以本研究建立的果蠅EBS疾病模型與篩藥平台,能為罕見遺傳疾病療程開發奠定基礎。

死水現象—船速與內波之關聯探討

當船開過水面,因為內波而產生船速下降甚至停滯不前的現象,稱為「死 水效應」。此現象好發於初春冬冰消融之際、河川出海口等容易出現穩定密度分層區域。本研究主要針對「死水效應」進行探究,運用食鹽水製作密度分層,在水槽中利用模型船模擬現實中可能發生的情況,了解內波與死水現象的 關聯。 結果顯示當拉力較小、船重較重、上層水較薄、下層水較厚時,較容易發 生劇烈的死水現象。無論船速為何,在 Froude number 接近 1 時皆會受到內波影響,造成加速度減緩,當加速度達到負值,稱為死水現象。船一旦發生過一 次死水現象,並再加速時,船尾流會增強殘存的波,船極有可能再次陷入死水 現象,使得 Froude number 在 1 附近上下震盪,須等內波破碎或分層混亂時才 能完全脫離死水現象。同時本研究也發現船速與平均波速具有一關係式,可協 助進行觀測上等用途。

衛星影像分析-集集攔河堰水體計算

本研究利用福爾摩沙衛星 5 號及 Sentinel-2 之衛星影像監測 2018-2023 年集集攔河堰集水區的變化量值,並利用 Semi-automaticClassificationPlugin(SCP)及 NormalizedDifferenceWater Index(NDWI)兩種指標運算方式,比較集集攔河堰的水體面積變化及兩種指標的差異與應用。結果顯示 NDWI 相較於 SCP 更接近水利署所提供的航照資料,因此 NDWI 在測量水體範圍上具較高可信度。 如果用(面積×水位高度)無法真實計算可利用的水資源,因為水面下的沉積物會隨時間增減或遷徙。因此我們利用地表輻射值與數值高程模型(DEM)模擬水下的沉積物堆疊情形。為證實地表輻射值與地形有關聯性,因此利用水利署光達剖面圖資與本研究計算結果比對,發現乾季時模擬結果與光達實測地形資料高度相似。 此外亦利用 NDWI、NDVI 與空拍圖的相互比對重新細分不同物質在 NDWI 的適當數值區間範圍,能有效將濕砂石與深水區分離,並應用於其他及水樣區。

空氣鳳梨毛狀體降低空汙之探討與應用

本研究主要是探討空氣鳳梨葉子作為清淨環境空氣和降低 PM2.5 濃度以及物理性微粒的功能。為了解空氣鳳梨的吸附能力,我們先測量空氣鳳梨的滯塵能力,發現高居室內植物滯塵能力第二名:其次是測量植株能否降低線香微粒濃度,發現其葉片具有減少懸浮微粒的能力,顯示其具有空氣淨化效果;猜測上述能力應與毛狀體結構有關,於是著手測量去毛後的吸附能力,得知毛狀體是影響吸附能力的關鍵。接著我們學習 Image J 操作,進一步了解空氣鳳梨在各部位的吸收能力及運送途徑。透過數位化影像分析,推測微粒的路徑為葉基→葉中→葉尖。最後比較了吸附微粒後的植株與對照組的抗氧化能力,發現實驗組明顯降低,說明微粒會對空氣鳳梨造成氧化壓力並影響生理代謝。

利用體外測試方法探討生醫水凝膠與材料表面附著性質之關聯 Investigation of the relationship between biomedical hydrogels and surface adhesion properties using in vitro testing methods

醫療級水凝膠在注入人體後容易因運動行為而產生位移,因此需要體外測試方法來評估水凝膠的附著性,以製備適合不同部位使用的水凝膠。本研究設計兩種測試方法來模擬水凝膠在人體的斜角流動狀態和旋轉流動狀態的位移,藉此推斷水凝膠施打入體內後的變化。本研究採用兩種不同黏性的水凝膠和不同粗糙度表面如人工皮、陶瓷和金屬來模擬人體部位的接觸面,探討水凝膠的附著性質。斜角流動測試下,黏性高的水凝膠在陶瓷和金屬 30°、45°及90°的斜角下幾乎不會流動,黏性低的水凝膠則會隨著角度的增加而流速加快。陶瓷粗糙度最高,水凝膠在其表面上附著性質較強。旋轉流動測試下,高黏性的水凝膠在模擬跑步時都具穩定性,而低黏性則只適用於較穩定的步行狀況。體外測試方法能區分不同黏性水凝膠的附著性質,說明此方法可作為篩選適用的水凝膠的依據。

「旋」機妙策—探討颱風與季風互動之螺旋式風場變化

本研究主旨是在探討颱風與季風互動對颱風風場不對稱性變化的影響,分析了2013至2024年9月期間的颱風數據,結果顯示,季風是影響颱風風場形狀的關鍵因素。在東亞特有的季風氣候中,84%的颱風受到季風共伴的影響,我們發現,在季風共伴下,颱風的七級風場會呈現螺旋形,東北季風影響下多呈「6」形,西南季風影響下多呈「9」形,這些形狀可用「等角螺線」來描述,對於季風影響不明顯的颱風,風場形狀則更接近橢圓。我們進一步計算集合重合率以驗證形狀描述的準確性。 此外,本研究將颱風生活史的流型演變分為五類,結果顯示,環境條件相似的颱風,在流型變化上具有相似性。我們還利用颱風氣流場裝置模擬颱風風場,測量風速和風向,深入探討環境風場對颱風不對稱性的影響。

好咖配好茶

本研究取樣淺焙及深焙咖啡渣與茶葉渣經過不同時間發酵後當作肥料進行白菜植栽顯示,白菜種籽適合於酸性咖啡土中發芽,而茶葉土 pH 值較鹼,雖會延緩發芽,但營養高,於成長後期更有利白菜生長,並以發酵 2 週土最佳。接續擇優取淺焙咖啡土與茶葉土混合當肥料,或進一步使白菜籽於淺焙咖啡土發芽後再移植至全茶葉土,最佳可獲得比淺焙咖啡土高出 5.17 倍或甚至 15.8 的成長效果。茶葉土營養佳除與發酵後茶葉成分有關外,土壤中富含溶鉀及溶磷等菌種亦扮演關鍵角色。此外,富含鉀離子的茶葉土所種植的白菜能透過關閉葉片氣孔、使澱粉代謝,並藉由根部提前累積脯胺酸來應對滲透壓變化,以增加根系與葉片對抗鹽逆境與缺水的問題。本研究利用適化咖啡土 pH 值與茶葉土養分相互搭配,可有效縮短發芽時間、大幅增加產率,提升耐鹽抗旱能力,除有助活化廢棄物外,並可提升農業競爭力。

開發組織蛋白酶B之抑制劑前驅藥物及其效能探究

在某些癌症或癌前病變時,存在於溶酶體的組織蛋白酶 B的表現量會增加,目前雖然已有Ac-LVK-CHO藥物可有效抑制組織蛋白酶 B,然而此藥物無法充分進入溶酶體,精準發揮藥效作用。本研究透過自行合成 Ac-LVK-CHO,且在其結構上進行化學修飾,製得前驅藥物以提升藥物效能。此研究自行設計合成方法與修飾基團,已成功在Ac-LVK-CHO 的胺基修飾上引導基團 morpholine,使其更易進入溶酶體,同時也在醛基修飾上光解性保護基團 2- nitrobenzyl alcohol,使此前驅藥物在溶酶體內可經調控發揮活性。實驗已驗證前驅藥物的光解性質,以HPLC 圖譜與質譜分析確認此藥物照光 30 秒可完全被釋放,且光解過程為一級反應。後續將統整前驅藥物富集於溶酶體的定量結果,完成此合成前驅藥物的全面性效能評估。