全國中小學科展

2025年

應用多任務學習神經網路建構可識譜六孔竹笛機器人

本研究目標在建構可以識譜及吹奏中國笛的吹笛機器人。中國笛演奏必須協調吹法及指法;藉由控制吹氣流速、吹嘴角度及六指按壓音孔的變化來控制音高以完美地吹奏樂曲,是一項複雜的演奏技術。機器人以模擬吹笛口型的吹嘴,搭配兩個風箱往復送氣到一個壓力調節風箱送氣,以微控制板控制六個機械手指來蓋放完成演奏,為在音尾可確實止氣,設計一個風門,利用風門開闔也可模仿吐音技巧讓笛聲明確發音。辨識樂譜方面收集樂譜樣本,樣本分成譜線、音符、節奏三套,透過多任務學習MTL的深度學習架構進行訓練,建構可以辨識五線四間上下三線及全音符到16分音符及休止符的樂譜辨識模型。經測試若樂譜在符合音域範圍內,可以完整的辨識,轉換成音符資料傳送給吹笛機器人吹奏。

熱不倒的番茄—耐熱細菌對番茄根莖之研究

本次實驗以地熱溫泉區的土壤中所篩選出的8隻耐熱菌種,並加以純化、液態培養,將8種菌液稀釋成度三種不同濃度(100X、200X、500X),以恆溫培養箱控制環境溫度(25℃、30℃、35℃)模擬環境變因,並測試和定量菌株的溶磷、固氮能力,亦測試載鐵、抗番茄萎凋菌能力及對於聖女番茄及桃紅番茄所帶來的影響。本研究發現 LC26 及 LC28 可於熱逆境下顯著促進聖女番茄生長,此外LC03亦能於熱逆境下明顯促進桃紅番茄生長。本研究也發現LC03、LC26及LC28對玉米及胡蘿蔔有最好的促進生長效果,而對青江菜有最明顯的抑制生長效果,可作為輪耕作物之參考。最後本研究發現這三隻菌種皆對大花咸豐草之生長有抑制情形,其中以LC26(500X)抑制效果最佳。

運用機器學習強化探測重力波訊號

本研究欲利用機器學習演算法,透過觀察重力波訊號來判斷黑洞融合訊號的時間。本研究 的數據來源於雷射干涉引力波天文台的開放資料庫,我從中獲取最被廣為認定的64筆原始數據,並生成具有不同黑洞質量與不同訊噪比的模擬信號。我將模擬信號與不同噪聲混合 後,進行強度調整、Q轉換和資料白化等數據處理,並提取資料的統計量,將其用於訓練三種決策樹演算法和兩種迴歸演算法中。最終研究結果顯示,決策樹演算法的判斷能力優於迴歸演算法,以及指出強度差值的標準差是最關鍵的特徵,重要性達全體特徵的27%。 我們的模型在重力波訊號判斷上表現出較高的效率,並成功降低了模型的複雜度,使其更適合實際應用。

探討環形 RNA circACTN4 在非小細胞肺癌中的特性及功能

肺癌是世界上死亡率第一的癌症。根據近期研究發現,環形RNA (circular RNA;circRNA)比一般的線狀 mRNA穩定,並且會調控癌細胞。但circRNA於肺癌中的調控機制仍不清楚,因此我們決定挑選一個circRNA作為研究對象。首先,我們從 GEO 公開資料庫中篩選肺癌病人中差異表現的 circRNA,經 qPCR在肺癌細胞株驗證後,最終找到circACTN4 進行後續的研究。實驗結果顯示 circACTN4 在肺癌細胞株中確實為環狀結構,內生性表現量上升,且大都分布在細胞質。使用siRNA降低 circACTN4 表現量後,會增加細胞停留在細胞週期之G1期的數量,且 CDK4 和 CCND1 蛋白量也會降低。因此我們推測 circACTN4 可以促進肺癌細胞增殖的效果。更進一步的研究揭示,circACTN4能與LRPPRC蛋白結合,這種相互作用可能是circACTN4在肺癌中發揮調控作用的關鍵機制。總上所述,circACTN4 會促進肺癌細胞的生長,盼未來能作為預後的指標,並發展為治療肺癌的新標的。

自監督學習在臺灣手語辨識上之應用研究

在臺灣手語辨識,先前研究所使用的監督式學習需要大量標記樣本而限制可辨識詞彙量。為此,本研究借鑒自然語言處理領域中BERT 的遮罩想法,將未標記手語影片隨機遮蓋部分幀數,並讓模型學習預測被遮蓋的幀數以學習臺灣手語的特徵,並透過遷移學習來訓練辨識模型,此作法可克服現有臺灣手語資料缺少的問題。經過實驗,本研究訓練之詞彙辨識模型達成了242 個詞彙量,94.8%的準確率。 此外,先前研究皆未在手語句子翻譯上有成果。因此本研究基於預訓練模型,整合設計手語翻譯的系統,實驗中,系統在100 個句子的翻譯表現達到88%的準,且BLEU-4 分數取得20.98,證明自監督學習的方式在手語辨識、翻譯上是有效的。並展現出樣本需求少與辨識詞彙量可輕易擴大的潛力。

探討自我參照和社會訊息對不同年齡、性別連結記憶的影響

連結記憶(Associative Memory)為記憶兩物體之間關係的能力,會隨著年齡增加而衰退。先前研究顯示不同性別在記憶的老化程度存在差異,然而針對連結記憶在不同性別的老化未被討論。過去研究發現自我參照效應以及改變刺激材料的社會訊息程度可提升連結記憶的表現。然而缺乏同時使用兩種方法研究,兩者之間的交互作用尚不清楚。本實驗分別針對不同年齡與性別的群體進行連結記憶測驗。我們引導受試者使用自我參照記憶具有不同社會訊息程度的圖片,測量其連結記憶表現。結果顯示,女性有顯著的連結記憶衰退;而男性沒有顯著的連結記憶衰退,其記憶衰退可能與項目記憶有關。另外,我們也觀察到參照與社會訊息對連結記憶的影響具有交互作用,在未來實驗中有必要注意兩者之間的互相影響。

探討在秀麗隱桿線蟲中IFE-1經由sRNA路徑對於精子生成機制的影響

sRNA在各種物種的精子功能中起著至關重要的作用。在秀麗隱桿線中,當缺少精子相關的sRNA「ALG-3/4 26G sRNA」會導致其在25度時不孕。此外,IFE-1是人類真核轉譯起始因子EIF4E的直系同源基因,主要表達於雄性生殖細胞系統中。在先前研究中我們觀察到當「真核轉譯起始因子IFE-1有缺陷」或「精子缺少相關sRNA」時,亦會導致精子具有缺陷。由於三者的相似性,我們認為IFE-1和26G sRNA的生成路徑有關。因此我們假設IFE-1參與協助酵素NYN-3辨認並切割msd-1 mRNA模板後促進26G sRNA生成。我們使用Western Blot、IP、螢光顯微鏡等方法,探討了IFE-1和MSD-1::GFP的關係,發現在ife-1正常的情況下,高溫對於MSD-1::GFP的表現量沒有影響。並且因該蛋白只表現在公蟲精子,我們可以推論msd-1:gfp 只作用於公蟲精子。而此疑似可正向調控基因表現的26G sRNA,有望發展成有別於過往sRNA藥物抑制基因表現的一種新基因治療方法。

二氧化鋯量子點在文物修復與減碳科技應用的潛力

本研究成功以水熱法在 110°C 下合成了約3.90 nm 大小的ZrO2量子點(QDs)。此設計的ZrO2 QDs 能隙為5.03 eV(波長λ < 300 nm),在可見光和紫外光範圍內無明顯吸收特徵,呈現高度惰性和穩定性,適合應用於抗紫外線塗層或顏料。而ZrO2 QDs 表面豐富的氧空位與不同溫度下的CO₂轉化率及CO/CH₄產物選擇性相關。氧空位為帶部分正電的酸性活性位,CO2作電子受體為路易士酸。經氧氣環境加熱處理後的ZrO2 QDs 能提高CO2轉化率且在低溫條件下選擇性較高能促進電子轉移生成CH₄(每分子8e⁻ 轉移)。不同金屬簇(如Fe、Ni、Co和Cu)表面修飾後,Fe-ZrO2 QDs 被證明為最佳催化劑,低溫下更有效促進CH₄生成,且優於ZrO2 QDs。這顯示Fe與ZrO2間存在顯著的強金屬-載體相互作用(SMSI),提升Fe捕捉CO₂分子的能力。此特性突顯ZrO2於碳減排技術的潛力,能有效將CO₂轉化為可再利用的碳基燃料或化學原料,為減少溫室氣體提供實用解決方案。

探討影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏量的關鍵因素 English Title:Investigation of Key Factors Influencing Wave Energy Potential in the Surrounding Waters of Taiwan

團隊透過分析臺灣台灣周遭八個處海洋浮標測站資料,自2021年1月到2024年10月為止之示性波高、平均週期、平均風速、海溫等資料間之相關性,並試從不同位置測站之海洋條件與大氣因素,來綜合探討影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏量的關鍵因素。並透過分析海溫與波浪能變化的關係,試圖瞭解全球暖化平均海溫上升,對臺灣周遭波浪能蘊藏的變化趨勢。 團隊發現影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏的因素,除了季節性季風的影響,黑潮主流以及澎湖水道的黑潮支流湧升流,也都 可能 是影響臺灣周遭海域波浪能蘊藏的重要因素。團隊也發現,在臺灣周遭海域波浪能蘊藏與海溫變化有負相關的趨勢,此現象與臺灣中央研究院針對過去70年,全球波浪能的變化趨勢並不一致。其原因可能是臺灣所屬地理位置環境的關係,也可能是分析的數據資料僅有4年無法準確看出趨勢變化。

高山生態群聚植物集中開花與昆蟲交互作用網絡之研究

本研究首度以植物學、花粉學、昆蟲學及生態統計學探討臺灣高山傳粉生態網絡。花季中期以蜂類為主,後期為蠅類。昆蟲及植物交互網絡緊密連結無子群體,仰賴優勢物種支撐。蜂期為高山薔薇、玉山櫻草、貓兒菊、信義雄蜂;蠅期為一枝黃花、貓兒菊、家蠅。此兩期昆蟲與植物的穩健性不足,蠅期更易崩解。蜂類訪花具多樣性,蠅類訪花較專一。因蜂類、蠅類習性與身體特徵不相同,蠅類對花展幅 (Visit Unit)大、花冠筒淺、花冠筒筒徑小、還原糖含量高、花粉及花蜜之間的距離大、柱頭面積小的植物較能專一攜帶其花粉。共用傳粉者帶來異種花粉,以GLMM分析同異種花粉數量變化關係,發現一起開花略助於授粉。貓兒菊已入侵成為優勢物種,花粉汙染90%的物種,必須移除。