全國中小學科展

臺灣

探討可調式聲波梯度透鏡受高強度雷射光穿透後的熱效應

由於符合活體研究、解析度、穿透深度等需求,加上螢光技術,使光學方法成為追蹤單一腦神經工作情形較合適的方式。其中重要元件 TAGlens (可調式聲學梯度折射透鏡)的透鏡(目前 z 軸焦距變動最快的透鏡裝置),透過焦距快速變動達到快速掃描。不過 TAGlens 在高強度雷射穿透下,焦距變化範圍會產生改變,我們稱之 TAGlens 的熱效應。 本研究即研究 TAGlens 的熱效應,使用不同研究方法以量化並分析,其中利用體積影像中螢光球軌跡變化的方法,明顯呈現了 TAGlens 熱效應的變化,我們發現入射雷射功率越大,會使 TAGlens 的焦距平衡點越遠,焦距變化範圍越小。未來可望校正 TAGlens 因熱效應造成的數據誤差。

創神星緻密行星環成因探討

本研究旨在探討洛希極限理論的例外:創神星(Quaoar)的行星環。穩定的行星環在一般情況下形成於洛希極限內,然而創神星的行星環卻穩定存在於洛希極限外。 因此,我們的研究目的為解釋為何創神星環能夠存在於洛希極限外。專注於探討密度、剛體與流體性質等因素對行星環的影響、軌道共振的原理與比較其他環系統案例,最終利用力圖分析與比較相似環系統以推論行星環穩定之原因。 根據我們的研究,我們認為創神星環是受創衛一(Weywot)引力作用影響,軌道共振拉開了環粒子之間的距離,以至於在洛希極限外無法匯聚成衛星。 透過對影響洛希極限和行星環形成的因素深入研究,期望能夠揭示創神星環的形成和穩定性背後的物理機制,進而拓展對行星環形成和天體力學的理解。 此外,冀望本研究能為未來對於其他類似例外情況的行星環提供參考。

區域水流流場3D重建系統的探討與應用 Discussion and Application of 3D Reconstruction System for Regional Water Flow Fields

本研究透過JY61P六軸加速度陀螺儀與ESP-32S控制板,製作出球形水流流場監測模組,藉由Unity 3D軟體與C#程式編寫,擬合出水域的水流狀況,再搭配空拍圖與水域深度探測,進行水域模型的建立。在沙崙海水浴場水流模型,發現當水流由西南方進入模型時沿岸流會順著海岸線流入鳥喙地形,與本研究模擬出的水流流場相符,確認所設計之區域水流流場3D重建系統的可行性與準確性。若將水流流場監測模組連接GPS浮標,可方便回收監測模組並輔助水流流場監測,能探測更深、更廣的未知水域流場。 本研究建立的區域水流流場3D重建系統,可廣泛應用在未知水域的模型建立,發揮預警功能。在青山瀑布水流流場監測實驗中,發現在瀑布水潭中,不同的深度有不同的水流差異產生;且在不同位置可能會有斷層式的地形高低變化,因此在未知水域活動時,應注意水域環境狀況以確保自身安全。

FVeinLite: 輕量化CNN手指靜脈辨識模型與醫療領域之應用

台灣少子化、老齡化問題迫切,醫療資源入不敷出,使得遠距醫療成為潛在的解決方案與趨勢。然而,遠距醫療的身份驗證安全性尚未完善。指靜脈辨識有非接觸、體內生物特徵等特性,其在衛生性和高安全性的優勢在醫學相關領域與醫療院所備受關注。若能夠開發出遠距醫療可用的指靜脈辨識,將有機會為遠距醫療產業的安全性貢獻一份心力。本研究主要分為兩階段:其一旨在優化指靜脈辨識技術,利用輕量化 CNN 指靜脈辨識模型,結合 Mini-RoI 技術, 使用 FV-USM 以及 PLUSVein-FV3 兩個資料集訓練我們開發的 FVeinLite 指靜脈辨識模型,並使用不同的 epoch 值訓練出最好的模型。而我們訓練的模型相較於其他指靜脈技術具有高辨識正確率、參數量更少、運算速度快等優勢。其二,我們將模型結合自製的低成本嵌入式裝置, 並製作 API 與並使用模擬的病患資料完整打造一個可使用於遠距醫療及醫療院所的指靜脈身分辨識系統。

雙翅目昆蟲背部朝光反應(DLR,dorsal-light response)應用於捕蚊燈設計之研究

本研究探討雙翅目昆蟲(蚊⼦)對光源的「背部朝光反應」(DLR,dorsal-light response)在捕蚊燈設計的應用。根據2024年Fabian等⼈研究,昆蟲依賴光源調整飛行姿態,若光源位於下⽅,昆蟲可能翻轉墜落。因此本研究嘗試調整光源與電網相對位置,藉以了解捕蚊效率差異。更製作同時具垂直與水平網的雙電網捕蚊燈與僅有垂直網的單電網捕蚊燈進行⽐較。 研究結果顯示,垂直網與水平網的捕捉數量比例為2.57:1。⽽加裝水平網的雙電網捕蚊燈平均收集量為0.338克,單電網捕蚊燈為0.115克,重量比為2.94:1。本研究僅透過優化光源與電網的排列方式,即可提高捕蚊效率,可直接應用於病媒蚊控制。

「廢」盡其用-運用廢棄物特性製作環保板材之研究

探討利用咖啡渣、暖暖包內容物及碎紙等廢棄物,以不同黏著劑與處理方式製作環保板材。先以鹼液去除咖啡渣內含油脂,提高咖啡渣與黏著劑的結合力,並額外獲得咖啡油皂。研究不同種類澱粉與非澱粉黏著劑(如糯米粉、吉利丁、印尼馬信等)對板材強度的影響,發現糯米糊與吉利丁的黏結效果最佳,且比例越高板材強度越好。 進一步探討不同顆粒大小、去油程度的咖啡渣、不同生鏽程度的暖暖包內容物及不同大小碎紙對板材強度的影響,找出能製作較高強度板材的處理方式。透過適當材料與加工,可將生活廢棄物轉化為可用於環保建材的再生板材,能減少廢棄物對環境的影響,也提供一種可行的資源回收與再利用策略。

豆渣再利用復育田螺研究

研究本土田螺在人為環境復育,豆渣再用製作飼料,「冷凍」是保存飼料較佳方式。公母體型有顯著差異,母螺可懷7隻小螺為胎生。田螺偏好分布飼養箱「遮陰處」的「地板」,成螺多聚集,幼螺則散佈。 飼養存活率0.9375。對照組、25%組、30%組、35%組、40%組,母螺分別產子87、102、110、104、81隻,子代營養不良率0.174、0.176、0、0.042、0.5,子螺平均螺高4.00B±0.79、3.91B±0.93、4.32A±.046、3.86B±0.68、3.92B±0.88 mm,得知豆渣比例30%的飼料顯著最好。理論上,豆渣比例30.274%的飼料飼養62天,可得到最大子螺高度總和。

誰先喂銅氨纖維—探討不同反應條件對實驗室製備銅氨纖維的影響

本研究主要在探討不同反應條件對於銅氨纖維合成的影響,透過改變不同的因素(如:纖維來源、銅來源、銅氨纖維混合液注射方式以及濕式紡絲液濃度等)作為操作變因,模擬在工業操作中各組件的運作過程,探討變因對於銅氨纖維的生成、纖維表面平整度與拉伸強度的變化。本研究顯示纖維素的種類會對銅氨纖維 成型造成影響,選用不同的銅原子來源會影響銅氨錯離子的生成進而影響纖維的生成,所使用的濕式紡絲成形液濃度也會對銅氨纖維成型有所影響。

「釋」在必得──自釀釋迦醋之探討

臺東為釋迦主要產區,然而卻罕見以釋迦為原料所製成的果醋。過熟釋迦在市場上滯銷率高且糖度升高,其經濟價值快速下降。本研究旨在探討是否可用釋迦透過簡易可行的發酵程序轉化為具商品潛力的釋迦醋。以糖度20°Brix的釋迦300克加入0.5克酵母菌釀製釋迦酒,靜置一個月後過濾並稀釋至8%酒精濃度,再以4:1體積比加入液態醋酸菌靜置發酵。結果顯示,未加糖的鳳梨釋迦樣品在第四天即產生醋膜,酸度增加4.32,氣味清香。且鳳梨釋迦在酸度與香氣表現上均優。研究同時發現,相較於精製砂糖,加入二砂糖更能產生乙醇。因此使用即期釋迦不僅可釀製出高品質果醋,亦具備降低浪費、提升農產附加價值之潛力。

日跡月軌星羅布-自製天體觀測儀與其應用

國小自然課以量角器搭配窺管觀測月亮,利用竿影間接觀測太陽,描繪天體在天空的軌跡,使用星座盤認識夜晚星空,但觀測器與竿影測量精密度低,操作複雜不直觀。本研究利用窺管與雷射筆,加上手機感測晶片與軟體測量傾斜角,自製精準度極高的「天體觀測儀」,可以同時測量日、月、星三種天體,將測量所得的天體方位角、高度角座標, 利用壓克力半圓球描繪太陽、月亮在天空運行的軌跡,製成 「天體軌跡紀錄半天球」利用試算軟體泡泡圖功能,將測量所得的恆星座標畫成平面星圖。將恆星座標經過周日運動校正,使用弧形刻度游標尺系統,描繪恆星在壓克力球上,製成「星羅布天球儀」。開發 出便利、精準、實用的天體觀測儀,並繪出天體的運行軌跡與分布。