全國中小學科展

2024年

AI時光機-利用照片轉換技術重溫在地歷史

目前網路上流傳許多使用人工智慧修復照片的網站或應用軟體。然而,由於這些訓練資料多數來自國外,導致修復中式建築照片的效果欠佳。此外,許多老舊照片因氧化、潮濕而泛黃,使得修復程序比起修復純黑白相片更加困難。因此,本研究旨在建🖂一個專門修復中式建築物的機器學習模型,主要分為以下三個部分:首先,使用機器學習模型對老舊照片進行修復,包括著色、去模糊化和降噪;其次,分析使用不同比例之有色調照片(模擬泛黃照片)訓練模型的效果;最後,研究不同的修復順序(著色、去模糊化、降噪)和模型執行次數對照片修復效果的影響,發現「著色、去噪、去模糊化」的順序修復效果最佳。此外,許多老舊照片因為受損等原因,只剩下極少的特徵,因此本研究採用機器學習模型,以延伸重建原始照片。透過這種方法,我們能夠重新建構當時建築物周圍可能的場景和情境。

偏心馬達振動對物體運動速度之影響

本研究探討振動體運動。調控馬達轉速帶動離心錘旋轉。閃頻同步測量轉動頻率,並追蹤軟體分析運動軌跡,各頻率下平移速度。 離心錘逆時針旋轉高於 24Hz開始運動,移動速率與旋轉頻率關係:理論值 26~47Hz轉一圈向右移動,47~56Hz 轉兩圈向左,56~65Hz 轉三圈向右,並以起跳至著地空中時段,合力向右或左比例,分析運動方向。 力圖分析列出水平驅動力、正向力、摩擦力等時間函數建構理論模型。由 Desmos軟體計算水平移動速率,藉頻率調控正向力、摩擦力,計算得各頻率下振動體速度,進行理論與實驗比對後,幾乎完全吻合,驗證此理論模型正確性。 安裝加速規得垂直加速度與時間關係,類似鋸齒波與正弦組合,似乎可由振動體底座為具彈性珍珠板加以解釋。

氣泡的作用範圍與氣泡性質的關係-氣泡的實際應用

現今的海洋環境問題及海上國防安全問題已成為現代人密切關注的焦點,為了解決每年 800 萬噸的垃圾流入海洋和烏俄戰爭的黑海水雷,我們設計了氣泡牆攔截河道垃圾及排除船艦周圍的飄浮式水雷;為了解氣泡牆攔截垃圾的效果,以及氣泡系統對水雷的推開程度,我們設計以下三組實驗:打氣深度與作用範圍的關係、氣泡排放量與作用範圍的關係、水流的偏折角與瞄準誤差關係。當氣泡牆與物體速度方向夾 45 度角時,可以由水流的偏折角與瞄準誤差的關係式得知,兩氣泡中心的間距約在 10cm 時擁有最佳經濟效益。在製作排除水雷的氣泡牆時,根據打氣深度的關係式得知,打氣深度越深越符合經濟效益。依照氣泡排放量的關係式得出,以上兩組氣泡應用在氣泡排放量 4L/min 時最符合經濟效益。我們依照實驗數據找出最符合經濟效益的各項氣泡牆參數,以解決海洋垃圾問題及漂浮式水雷的威脅。

攻角對水漂跳動行為的力學分析

此研究是以實驗方式,驗證理論模擬中指出水漂在不同入水模式下,入水攻角為 20 度時皆可產生最佳的彈跳效果。因此我以壓克力板作為模擬水漂的模型,設計了以下四組操作變因,分別是入水攻角、水的流速、水漂邊界形狀以及接觸面的粗糙程度,接著透過Tracker 分析壓克力板的質心彈跳高度及運動軌跡,再利用 Excel 分析數據,找出其中的運動相關性。最後透過座標轉換,可以利用此實驗來分析打水漂的運動行為,成功發現入水攻角在 20 度時的確有最佳的彈跳效果,並以此實驗結果來優化打水漂的運動行為。

探討一種新穎腺苷調控藥物對於思覺失調症及焦慮症的治療潛力-以藥物及壓力引發之疾病小鼠為模式 Investigating the therapeutic potential of a novel adenosine modulator(NAM) on the treatment of schizophrenia and anxiety disorders using mice as a model

思覺失調症與焦慮症皆是嚴重損害病人健康且造成社會極大負擔的精神疾病,急需研發有效治療藥物。本研究以藥物及壓力引發之小鼠異常行為為模式,探討新研發的新穎腺苷調控藥物(Novel Adenosine Modulator)對於這些疾病的治療潛力。實驗一以藥物 MK-801 引發成年雄性小鼠類思覺失調症症狀,給予新穎腺苷調控藥物可緩解曠野測驗中 MK-801 引發的過度活動量,且不會造成小鼠產生失樂症狀或體重改變。但對於 MK-801 引發的感覺動作門閾過濾反應缺損則無顯著療效。實驗二以不可預測長期輕微壓力(unpredictable chronic mild stress)引發成年雄性小鼠類焦慮症與類憂鬱之行為異常,新穎腺苷調控藥物可以改善小鼠的失樂症狀。這些結果顯示這個新藥具有潛力值得後續繼續研究。

賦權基本面指標型投資模型之建構與績效分析

本研究旨在建立因子選股投資策略之模型。在財報中挑選了五項指標進行討論,並建立三種投資模型:單因子模型,等權重雙因子模型與不等權重雙因子模型。 單因子組合中將各項因子獨立回測後比較,PB 為最佳因子指標。並以市值篩選樣本池後重新回測,得到更優之年化報酬率與風險值。 在雙因子等權重模型中,本研究將 5 項因子指標兩項進行組合,共計 10 項組合,並在優化上針對投資週期更換為季報後一日交易、剔除表現較差的因子 EPS。優化後單因子最佳組合為 ROE,雙因子最佳組合為 ROE+PB。 在雙因子不等權重模型中,以二分逼近法找最佳比重,經過回測後最佳年化報酬率組合為 ROA+PB 並配與權重 2:3,年化報酬率高達 29.76%,為本研究最佳選股模型。

基於深度學習與自動化技術降低桌球硬體需求之開發

桌球機器人技術長期以來一直受到技術和成本挑戰的制約,限制 了其廣泛應用。深度學習和自動化技術的發展提供了新機會,特別是 長短時記憶(LSTM)模型的應用,可有效強化桌球軌跡時域資訊預測結果,並同時減少硬件要求,提高成本效益。 此研究強調軟體創新,透過程式控制與機器視覺,達到多目標辨識與硬體協作之功用,同時使用易得之零部件構建硬體,進而降低成本。不僅如此,本研究亦克服多個技術挑戰,包括相機校正、空間定位、乒乓球追蹤、模型訓練、機器人控制等相關議題,並在最後完成建造低成本桌球協作機器人,從而達到技術突破與實務應用之可行性, 為機器人技術在娛樂、體育等領域帶來新發展潛能。總結而言,本研究透過深度學習和自動化技術之應用,為該領域帶來學術和實際創新價值,開創未來之嶄新發展可行性,並提供實務應用創新展現。

Utilization of Coffee Protein and its Antimicrobial and Antioxidant Properties for Biodegradable Active Packaging Membranes

隨著全球咖啡市場擴大,永續的咖啡生產成為必須探討的議題。咖啡生產過程中會產生大量富含蛋白質與抑菌成分的副產物和廢棄物,有潛力可做為膠膜和塗層的原料。本研究從生咖啡豆中萃取出粗蛋白質,將其與海藻酸鈉混合烘乾成膠膜,再進行抑菌與水果保鮮和水蒸氣阻隔測試。 由結果得知:咖啡豆蛋白膠膜液對大腸桿菌有抑制生長的效果。沒封膜的蘋果切片失水率 12.72%,有膠膜封口的失水率在 6.84%~8.47%,比沒封膜的失水率降低 46.5%~33.1%,顯示膠膜保水性佳,可提高保鮮效果。微波加熱試驗沒封膜的水蒸氣散失率為 2.45%,膠膜試驗組中最 低為 0.15%,比沒封膜的散失率降低 93%,顯示具有良好的水蒸氣阻隔性。 本研究結果顯示咖啡豆蛋白質膠膜有抑制大腸桿菌生長的效果和良好的氣體阻隔性,可作為可生物降解的食品包裝材料,以替代傳統保鮮膜,有助於減少環境污染。

Eco-friendly fungal-based protein wood adhesives: A non-toxic and effective alternative application

在真菌釀造過程中除了釀出需要的酒精、醋、醬油,味增,釀造後都會產生廢料:酒糟或酒粕改良性質後測試有作為木質黏合劑的潛力。我們選出 6 種菌種,透過破碎、離心、鹼裂解、酸中和與離心濃縮做出蛋白質膠,小量黏合能力測試結果選最佳的紅麴蛋白質與米麴蛋白質。參照 ASTM 標準壓縮負荷與拉力負荷法。 1.壓縮負荷法結果顯示紅麴蛋白膠抗剪強度為 156.1kgf,米麴蛋白膠抗剪強度為 51.3kgf,為對照組 82.2%與 27.0%。 2.拉力負荷法結果顯示紅麴蛋白膠抗剪強度為 88.1kgf,米麴蛋白膠抗剪強度為 40.2kgf,為對照組 195.1%與 89.0%。 實驗結果顯示紅麴蛋白膠在壓縮負荷法強度接近對照組,拉力負荷法強度顯優於對照組,在作為木材黏合劑選擇上提供一種天然且無毒的選擇。

Toll-like受體3在慢性鼻竇炎合併鼻息肉吸菸患者之表現

慢性鼻竇炎是一種常見的鼻竇或鼻黏膜發炎性疾病,其特徵是經治療後症狀持續超過 12 週。香煙與多種呼吸道發炎疾病的發病機制有關,顯示吸煙可能與慢性鼻竇炎有一定關聯性。Toll-like 受體是一群會介入呼吸道發炎反應的蛋白質,會參與識別和回應體內的病原體和其他外來物質。本研究以免疫組織化學染色測定並比較三個組別:對照組、非吸煙 CRSwNP 患者(CRSwNP)與 CRSwNP 合併吸煙患者(CRSwNP+Smoker)的鼻黏膜組織中 TLR2 和 TLR3 的表現。結果顯示,TLR2 表現量在 CRSwNP 和CRSwNP+Smoker 組的上皮細胞中皆有增加。而與不吸煙的 CRSwNP 組相比,CRSwNP+Smoker 組的 TLR3 表現量較高,且顯著比 TLR2 強。此外,高達 80%比例 CRSwNP+Smoker 患者表現出非常強的 TLR3 IHC 強度。這項發現意味著吸菸、TLR3 表現與慢性鼻竇炎合併鼻息肉的發展或嚴重程度之間有潛在的相關性。對於理解該疾病的發病機制以及治療方法的開發可能具有重要意義。